Содержание к диссертации
Введение
Система управления движением поездов 9
CLASS Метрополитен CLASS а
1 Структура системы управления движением поездов линии метрополитена
2 Критерии качества управления движением поездов метрополитена 11
3 Методы планирования и управления движением поездов метрополитена
4 Анализ развития средств автоматизации метрополитена 26
5 Постановка задачи исследований
Основные результаты и выводы по главе 39
Синтез структуры АСУ ППМ 41
1 Функциональные уровни АСУ ППМ 41
2 Подсистемы АСУ ППМ
Основные результаты и выводы по главе 59
Методика синтеза планового графика движения 61
Пассажирских поездов по линии метрополитена
1 Формализация задачи синтеза планового графика 62
2 Множество управлений, используемых при синтезе планового графика
3 Этапы решения задачи синтеза планового графика 98
4 Принципы организации интерактивной процедуры синтеза планового графика.
Основные результаты и выводы по главе 1 4 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ АСУ 1 її ЇМ 147
4.1 Модель линии 149
4.2 Модель управления движением поездов 153
4.3 Модель поезда 157
4.4 Модель системы МРЦ 195
4.5 Модель системы интервального регулирования движения поездов 223
4.6 Модель управления стрелками 236
4.7 Модель пассажиропотока 240
Основные результаты и выводы по главе 241
5 Формализация и методы решения задач
Управления движением поездов метрополитена
5.1 Структура СППР поездного диспетчера 243
5.2 Автоматизация управления объектами линии метрополитена для выполнения планового графика движения
5.3 Автоматическое построение исполненного графика 255
5.4 Формализация и методы решения задач диспетчерского управления
5.5 Формализация и методы решения задач диспетчерской диагностики
5.6 Алгоритмы синтеза оптимальных режимов движения поезда метрополитена с учетом их взаимного влияния через систему энергоснабжения и интервального регулирования движения
поездов
Основные результаты и выводы по главе 308
Внедрение и практическое использование 310
Результатов работы. Программные средства АСУ ППМ
1 Единый банк данных АСУ ППМ 310
2 Автоматизированная система построения планового графика движения поездов
3 Тренажер поездных диспетчеров линии метрополитена 330
4 Автоматизированная система тяговых расчетов
Основные результаты и выводы по главе 352
Заключение 354
Литература
- Критерии качества управления движением поездов метрополитена
- Подсистемы АСУ ППМ
- Множество управлений, используемых при синтезе планового графика
- Модель системы интервального регулирования движения поездов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Метрополитены крупных городов несут наибольшую нагрузку по перевозке пассажиров в городском общественном транспорте. Постоянное увеличение пассажиропотоков требует развития линий метрополитена и повышения- провозной способности при безусловном выполнении требований безопасности движения. В этих условиях усложняется процесс управления движением поездов, становится более напряженным труд работников метрополитена. Решение возникающих проблем тесно связано с автоматизацией процесса управления движением поездов метрополитена.
Значительный вклад в разработку методов управления и моделей для решения задач автоматизации управления движением поездов железных дорог и метрополитена- внесли российские ученые Абрамов В.М., Астрахан В.П., Баранов Л.А, Беляков И.В., Василенко М.Н., Головичер Я.М., Горелик В.Ю., Дмитренко И.Е., Ерофеев Е.В., ЖербинаАИ., Калиниченко АЛ., Кравцов Ю.А, Козлов В.П., Козлов П.А, Лисенков В.М., Лисицын А.Л., Максимов В.М., Мугинштейн Л.А, Никифоров БД., Розенберг Е.Н., Савоськин А.Н., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Тишкин Е.М., Феофилов АН., Фирсов Н.И., Шалягин Д. В. и многие другие.
Ведущими учеными, работниками метрополитенов- и проектных
организаций при непосредственном участии и под руководством кафедры
"Управление и информатика в технических системах" (УИТС) Московского
государственного университета путей сообщения (МИИТа) в середине 90-х
г.г. XX века были разработана концепция построения автоматизированного
метрополитена и интегрированной автоматизированной системы управления
метрополитена (ИАСУМ). Анализ современных систем управления
движением поездов метрополитена показал, что задачи планирования
перевозочного процесса, управления движением поездов, оценки качества
системы управления, обучения персонала, участвующего в управлении
) РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ |
і БИБЛИОТЕКА I
I СПстербург /~Г/Л
« 09 V» Y"b'&[
движением, диагностики исправной, работы объектов линии, связанных с управлением движением поездов, и информационного обмена могут и должны решаться в рамках единой системы. Следовательно, актуальным является решение проблемы создания автоматизированной системы управления перевозочным процессом метрополитена (АСУ ППМ), которая позволяет комплексно решать перечисленные выше задачи.
В основе создаваемой системы должны лежать следующие принципы:
использование единой формализации при- планировании и оперативном управлении движением поездов;
использование единых методов построения систем поддержки принятия решения (СППР) и систем обучения;
реализация > единого объектно-ориентированного подхода при создании математического и программного обеспечения АСУ ППМ;
создание единого информационного пространства средств автоматизации на метрополитене;
автоматизация управления объектами линии метрополитена, связанными с организацией движения.
Решение поставленных перед системой задач на базе этих принципов позволит повысить качество управления движением поездов и эффективность внедряемых средств автоматизации, облегчить труд персонала, связанного с управлением движением поездов, улучшить информационное обеспечение персонала и средств автоматизации, а также создаст новые возможности обучения, обмена опытом и повышения квалификации персонала.
Целью исследований является решение проблемы создания методологического, математического, информационного и программного обеспечения автоматизированной системы управления перевозочным процессом метрополитена (АСУ ППМ).
5 Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ и классификацию задач управления движением поездов, формализацию критериев качества управления, анализ современных методов управления движением поездов.
Разработать концепцию построения АСУ ППМ, включающую в себя формализацию задач, решаемых системой, синтез структуры системы и образующих ее подсистем, распределение задач между подсистемами.
Провести формализацию задач планирования перевозочного процесса, которая позволит реализовать алгоритмы автоматизированного синтеза планового графика движения пассажирских поездов по линии метрополитена (далее, планового графика) с учетом ограничений, существующих на реальных линиях, и является основой для формализации задач оперативного управления движением поездов.
Разработать модели объектов линии метрополитена, связанных с движением поездов, для различных подсистем АСУ ППМ.
Провести формализацию и синтез алгоритмов решения задач диспетчерского управления, в частности, автоматизации управления объектами линии метрополитена для выполнения планового графика движения, автоматической оценки качества управления, алгоритмов оперативного управления поездами, алгоритмов диспетчерской диагностики.
Создать программные средства АСУ ППМ с использованием разработанных принципов построения системы, формализации, алгоритмов и моделей.
На защиту выносятся следующие основные положения и результаты исследования:
1. Концепция построения АСУ ППМ, включающая в себя анализ множеств пользователей системы и их задач, создание иерархической
структуры системы, распределение задач пользователей между элементами множества прикладного программного обеспечения.
Единая формализация задач планирования перевозочного процесса и оперативного управления движением поездов.
Модели объектов линии метрополитена, связанных с движением поездов.
Алгоритмы решения задач диспетчерского управления- и диагностики, а также оценки качества управления.
Программные средства АСУ ППМ, функционирующие в рамках единого информационного пространства с использованием разработанных формализации, алгоритмов и моделей.
Методы исследования. Проведенные в диссертации исследования, базируются на использовании методов системного анализа, математического моделирования, теории автоматического управления, теории оптимальных систем, теории графов, теории нечетких множеств, сетей Петри, нейронных сетей, теории вероятностей, статистической обработки данных и объектно-ориентированного программирования.
Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, определяется корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений, соответствием результатов математического моделирования результатам экспериментальных исследований в реальных условиях.
Научная новизна результатов, полученных автором диссертации, состоит в следующем:
Обоснованы принципы построения АСУ ППМ и ее структура.
Проведена формализация модели функционирования линии метрополитена, основанная на декомпозиции системы с учетом ее специфики, на описании законченных модулей системы, определяемом
7 свойствами объектов линии и правилами их взаимодействия с другими модулями, на формировании множества императивов объединения модулей.
Реализован сценарный подход к формализации и решению задачи' синтеза планового графика движения с учетом реальных ограничений.
Проведен синтез множества императивов, позволяющих в рамках единого подхода решать задачи автоматизированного построения планового графика и формализовать команды диспетчерского управления движением поездов.
Предложены способы диспетчерского управления движением поездов в случае сбоя, основанные на использовании принципов нечеткой логики.
Разработаны методы автоматизации решения задач диспетчерской, диагностики, основанные на принципах построения нейронных сетей и нечетких множеств.
Разработаны принципы построения тренажеров поездных диспетчеров линии метрополитена.
Синтезированы алгоритмы синтеза энергооптимальных траекторий движения поездов с учетом их взаимного влияния.
Практическая ценность полученных результатов.
Разработанные принципы построения тренажеров, модели, методы диспетчерского управления и оценки качества управления легли в основу создания тренажеров поездных диспетчеров линий Московского метрополитена, внедрение которых позволило повысить эффективность обучения, расширить тематику тренировочных занятий и обеспечить объективность оценки действий диспетчера.
Автоматизация процесса составления планового графика позволила уменьшить время его создания, повысить оперативность учета новых требований и ограничений, объективно оценивать качество составленного графика.
Учет взаимодействия поездов через систему энергоснабжения позволил осуществлять выбор способов управления поездами с целью минимизации расхода энергии натягу с более высокой точностью.
Формализация описания объектов линии метрополитена, методы решения задач синтеза планового графика и автоматизации задач диспетчерского управления и диагностики, составляющие интегрированной модели линии метрополитена, явились основой для программной реализации составляющих АСУ ППМ и создания типовой базы данных линии метрополитена.
Построение интегрированной модели линии метрополитена и формализации описания объектов линии метрополитена в соответствии с принципами' объектно-ориентированного программирования повысило производительность труда при создании программной реализации составляющих АСУ ППМ и типовой базы данных линии метрополитена.
Универсальность моделей и методов управления позволила использовать разработанные средства автоматизации для различных линий.
Многие составляющие АСУ ППМ являются многофункциональными системами, т. е. могут использоваться на нескольких уровнях для решения смежных задач и входить в состав других составляющих АСУ ППМ. Разработанная структура АСУ ППМ дает возможность использовать ряд моделей и процедур в различных ее подсистемах. Это позволило сократить трудозатраты, время и стоимость разработки системы в целом.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли применение в средствах автоматизации, внедренных на Московском метрополитене.
Разработанные модели, алгоритмы диспетчерского управления и диагностики, оценки качества управления в реальном времени реализованы в средствах автоматизации диспетчерского управления движением поездов
9 по линии метрополитена, в частности, в тренажерах поездного диспетчера линий Московского метрополитена (для Замоскворецкой линии - 1999г., для Серпуховско-Тимирязевской линии - 2002г., для Таганско-Краснопресненской - 2003г.). Опыт эксплуатации тренажера поездного диспетчера подтвердил адекватность разработанных в диссертации моделей и методов управления, возможность их адаптации к условиям различных линий. Имитация широкого спектра нештатных режимов функционирования объектов линии способствует расширению тематики занятий.
В автоматизированной системе построения планового графика движения поездов, работы по внедрению которой на Московском метрополитене ведутся в настоящее время, реализованы человеко-машинная процедура построения графика оборота подвижного состава и графика движения, сценарии синтеза планового графика, принципы автоматической проверки полученных результатов. Система обеспечена базами данных шести линий Московского метрополитена.
Автоматизированная система энергооптимальных тяговых расчетов ASTRA-M используется в четырех депо Московского метрополитена с 1998г. Внедрение АРМов, построенных на основе этой, системы, подтвердило ожидаемый эффект от внедрения системы: экономия энергоресурсов на тягу поездов до 5-6% (2-3% за счет оптимальных режимов ведения поездов по перегону при заданном времени хода, и 2-3% за счет оптимального распределения участкового времени хода по перегонным).
Результаты исследований, проведенных в процессе работы над диссертацией, используются также в учебном процессе на кафедре УИТС МИИТа, в частности, в лекционном курсе по дисциплине "Системы автоведения поездов" и при дипломном проектировании.
Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами. і
Апробация! работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры УИТС МИИТа (с 1998 по 2003 г.), а также на международных научных конференциях и семинарах за рубежом (в Дрездене (Германия) - 2001г., Жилине (Словакия) - 2001, 2003г.г., Праге (Чехия) - 2001г., Софии (Болгария) - 2001, 2002г.г... Белграде (Югославия 1997, 1998, 2000г.г., Варшаве (Польша) - 1999, 2001 г.г.) и в нашей стране (в ИПУ РАН - 2001г., МЭИ - 1999г., РГГУ - 2000- 2003г.г., МГИЭМ -2001, 2002г.г., РГУПС - 2000г., МИИТ - 1998-2003 и др.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 работ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (297 наименований), 5 приложений, содержит 280 страниц основного текста, 69 рисунков, 11 таблиц.
Критерии качества управления движением поездов метрополитена
Задача составления планового графика решается графистом на этапе планирования движения поездов. Работы разных авторов посвящены формализации и автоматизации процесса синтеза планового графика как на магистральных железных дорогах [50, 91, 100, 105, 107, 130, 168, 172, 202, 205, 253-255, 274, 289] при организации движения пригородных [177, 275], пассажирских [76] и грузовых поездов [81, 277], так и на метрополитене [18, 28, 53, 54, 93-96, 256, 272]. Анализ литературы показал, что при решении этой задачи используются различные методы, в том числе методы линейного, квадратичного и целочисленного программирования, а также теория расписаний [9, 70, 116,198, 249, 250,269,273].
В работах Жербиной А.И. [18, 28, 93-96] представлена формализация задач построения сетки графика с использованием рекуррентных уравнений и кольцевой модели линии, в которой оборот поезда на конечной станции представляется как движение по дополнительному перегону. В этих работах рассмотрены методы построения непараллельных графиков, в которых изменение парности движения и выравнивание интервалов между поездами производится не только путем изменений количества составов на линии, но и путем изменения времени хода по перегонам и линии в целом в плавающем режиме. Такой подход позволяет получить экономию расхода энергии на тягу поездов. Он является эффективным совместно с использованием систем автоведения. Задачи синтеза графика оборота подвижного состава и назначения маршрутов на нитки графика решены с использованием методов линейного программирования. В этих работах не рассматриваются вопросы организации ночной расстановки составов и не учитываются ограничения, которые существуют на реальных линиях.
В.работах Феофилова А.Н. [256, 272] проведена формализация задач синтеза планового графика с учетом некоторых ограничений, существующих на реальных линиях, рассмотрены вопросы организации движения на разных типах линий (радиальной, кольцевой, с зонным и «вилочным» движением), ввода и снятия составов, ночной расстановки составов, проанализирована работа станций с путевым развитием. При этом не полностью учтена тесная связь между назначением маршрутов на нитки и организацией процесса ввода-снятия составов. Задача ночной расстановки составов решена в простейшем варианте без учета распределения точек ночной расстановки между депо и значительной продолжительности процесса вывода составов из точек ночной расстановки (в некоторых случаях до 9 часов утра) и ухода в них (в некоторых случаях с 10 часов вечера).
В работах Дегтярева Д.П. [53, 54] представлено решение задач поиска оптимального интервального распределения на заданной топологической структуре графика методом покоординатного спуска с использованием квадратичного критерия оптимальности. В работах выдвинуто предложение о создании семантической модели построения графика.
Представленные в этих работах методы не позволяют создать единую, сквозную процедуру автоматизации синтеза планового графика и не всегда учитывают ограничения, существующие на реальных линиях. Перейдем к рассмотрению методов решения задач реализации планового графика при управлении множеством поездов на линии. Вмешательство диспетчера в процесс движения поездов необходимо при возникновении сбоев в движении поездов [15, 46, 72, 73, 133, 150, 245, 276]. Рассогласования планового и исполненного графика движения, компенсация которых возможна за счет ресурса регулирования, принято называть «малыми сбоями». Неисправности пути, подвижного состава и ряд других причин приводят к невозможности управления движением поездов в соответствии с плановым графиком. В этих случаях может изменяться число поездов на линии, порядок их следования, пункты оборота. Такие ситуации принято называть «большими сбоями» [30, 88, 111].
Управление линией метрополитена во время сбоя движения является очень сложной задачей. Укажем причины этого [30, 88, 111]: - не все цели управления в данном случае могут быть выражены в виде количественных соотношений (например, безопасность движения, комфорт пассажиров и т. д.); - между параметрами, оказывающими влияние на процесс управления, не всегда удается установить точные количественные зависимости (не представляется возможным, например, предвидеть, сколько времени поезд во время сбойной ситуации может быть задержан пассажирами на станции или сколько, времени неисправный поезд будет проходить тот или иной перегон); - процесс управления является многошаговым, и содержание каждого последующего шага не может быть заранее однозначно определено. Это обусловлено тем, что поведение персонала метрополитена и пассажиров в экстремальных ситуациях в общем случае непредсказуемо, т. е. объект управления обладает «свободой воли» и, следовательно, его описание принципиально неполно.
Линии метрополитена различаются по конфигурации и интенсивности движения, поэтому в проведенных ранее исследованиях были разработаны диспетчерские стратегии только для некоторых частных случаев применительно к конкретной линии. Диспетчерские стратегии формализовались с использованием логико-трансформационных правил (ЛТП), в результате применения которых изменяются отношения между объектами линии [52, 59, 98, 109, 110, 112, 115, 123, 151, 183, 188, 203, 210, 264]. Показано, что в основе различных диспетчерских стратегий лежит оценка необходимого количества составов для организации движения поездов с заданной парностью на каждом из участков линии в сложившейся ситуации и действия, направленные на доведение количества составов на каждом участке до необходимого. В связи с этим актуальной является задача расширения множества ЛТП для нерассмотренных ранее вариантов.
Задача энергооптимального управления движением поезда имеет несколько аспектов решения: - на этапе планирования движения поездов она решается как при распределении заданного времени хода по линии на времена хода по перегонам, так и синтезе программ движения поездов при заданном времени хода по перегону. Подробно решение задачи распределения времени хода по линии на времена хода по перегонам с использованием методов динамического программирования рассмотрено в [141,156,243]; - на этапе управления движением поезда решаются задачи организации движения поезда в соответствии с заданными программами с учетом колебания массы пассажиров и напряжения на токоприемнике при совместном функционировании регулятора времени хода и регулятора скорости системы атоведения [65, 83, 143, 156, 209,243].
Подсистемы АСУ ППМ
Таким образом, плановый график может быть отображен NM траекториями в пятимерном пространстве (t,p,x,v,s). Через сечение, заданное значениями времени г, пути р и координаты на пути х, может проходить несколько траекторий только в том случае, если это сечение определено координатами (р,х) депо, в противном случае, через каждое такое сечение может проходить не более одной траектории.
Представить результаты синтеза планового графика в более удобной форме, позволяющей сформировать множество управлений, используемых в ходе синтеза, и критерии качества графика, можно, если формализовать понятия элемента расписания, нитки и ремонта [212,218].
Элемент расписания определяет время отправления из начальной точки остановки выполняемого задания и время прибытия в его конечную точку остановки, путь, по которому осуществляется движение, длительность сверхрежимной выдержки в точке отправления и связь с другими элементами расписания. Каждый элемент расписания е описывается последовательностью: е = (г,/ ,г0,/п,ГСРВ), (3.25) где z - выполняемое задание; р — путь, по которому реализуется оборотное задание z (для элементов расписания, реализующих движение по главному пути это поле совпадает с соответствующим полем задания p = z:p)\ t0 - время отправления из начальной точки остановки задания z; /п - время прибытия в конечную точку остановки задания z;
ГСРВ - длительность сверхрежимной задержки в точке отправления. Нитка графика описывает движение маршрута от момента выхода xia главный путь до момента ухода с него с указанием маневровых передвижений в начале и конце движения по главному пути, содержит информацию о переходах маршрута с одной нитки графика на другую и порядке следования ниток графика по одному главному пути. Каждая нитка графика п описывается последовательностью: n = \ ,p№e,NumFirst,NumLast,flgStart,flgEnd,v mtfm,flgRezerv,nm,n где m - маршрут, назначенный на нитку; р — главный путь, по которому осуществляется движение в соответствии с данной ниткой; Ме - массив элементов расписания нитки графика; NumFirst - номер первого реально исполняемого элемента массива элементов расписания Ме нитки графика; NumLast — номер последнего необоротного реально исполняемого элемента массива элементов расписания Ме нитки графика; flgStart - флаг начала, определяющий тип маневровой работы с маршрутом до начала движения по нитке графика ( Depo - выход из депо или Noch - выход из точки ночной расстановки); flgEnd — флаг конца, определяющий тип маневровой работы с маршрутом после окончания движения по нитке графика ( Oborot -оборот, Razmen — участие в комбинированном размене, Otstoi — уход в отстой, Depo — уход в депо, Noch — уход в точку ночной расстановки); р я - точка ночной расстановки, из которой вышел маршрут, назначенный на нитку; peNR - точка ночной расстановки, в которую уходит маршрут, назначенный на нитку; JlgRezerv - флаг, определяющий, что поезд является резервным, а «е пассажирским, и необходим для осуществления расстановки маршрутов на ночь или вывода их из точек ночной расстановки; п , - нитка, по которой маршрут будет двигаться после окончания движения по текущей нитке (если компонент п равен пустому множеству, то маршрут уходит в депо или точку ночной расстановки); п - нитка графика, по которой маршрут двигался до выхода на текущую нитку графика (если компонент п равен пустому множеству, то маршрут вышел из депо или точки ночной расстановки; может не храниться в БД); п - нитка графика, которая определяет поезд, следующий за текущим (если компонент п равен пустому множеству, то нитка графика является последней в последовательности ниток графика по текущему пути); npp - нитка графика, которая определяет поезд, следующий перед текущим (если компонент п№ равен пустому множеству, то нитка графика является первой в последовательности ниток графика по текущему пути; может не храниться в БД). Количество элементов в массиве элементов расписания нитки графика Ме равно количеству станций линии N,. Массив элементов расписания нитки графика Ме включает в себя элементы расписания, задания которых описывают движение от первой до конечной станции главного пути, по которому осуществляется движение:
Движение по нитке осуществляется в соответствии с элементами массива Ме, начиная с NumFirst и заканчивая NumLast. Остальные элементы являются фиктивными и необходимы для унификации описания ниток, упрощения формализации и повышения скорости выполнения действий над нитками.
Последний элемент массива Ме описывает движение поезда с одного главного пути на другой: Me(N,):z = zє Z((z:P; = Me(NumLast):z:ptts)A(z:pas :s = z :p :S)A(Z :p = 0)) (3.31) или проще Me {Ns): z = Me (NumLast): z: z, (3.32) где z: z - функция определения следующего к текущему оборотного задания: z:z =z, eZ((z, :Р: =Z:P;)A(Z, :tf =z, :P;)A(Z, :р = 0)). (3.33) Ремонт определяет тип, время и место проведения осмотра или ремонта, приписанного к маршруту. Каждый ремонт г описывается последовательностью: r = {m,n,rT,p0sm,tb,te), (3.34) где m - маршрут, над которым был выполнен ремонт; п - нитка, после прохождения которой маршрут m отправляется в ремонт; тт - тип выполненного ремонта; Posm — пункт осмотра, в котором выполняется ремонт; tb — время начала выполнения ремонта; te - время начала выполнения ремонта. Фазовая траектория движения каждого маршрута может быть описана совокупностью ниток и ремонтом, приписанных к каждому маршруту. Режим ведения поезда при реализации элемента расписания, т. е. изменение фазовых координат каждого маршрута p„xt,v, при движении, однозначно определяется выполняемым заданием ze, путем ре и временем хода Тх e tb. Режимы стоянок на станциях однозначно определяются временами t0,tB, Гсрв, заданными
Множество управлений, используемых при синтезе планового графика
В связи с этим является актуальной задача выравнивания интервалов движения после ввода поезда на линию или снятия с линии на промежуточной станции пути путем ввода сверхрежимных выдержек [212, 231, 232]. Рассмотрим решение этой задачи.
Начнем с процедуры ввода сверхрежимных выдержек при вводе поезда на линию на промежуточной станции. Эту операцию имеет смысл проводить, если существуют промежуточные станции, на которых может выполняться сверхрежимная выдержка, т.е. номер первого исполняемого задания вставленной нитки п, больше двух: n( : numFirst 2. (3.107)
Операция проводится после того, как будет определен следующий вводимый по этому пути на промежуточной станции поезд п,, и нитки п, и п, разделяет более одной нитки:
Поскольку на станции ввода нитки п, и на первой станции пути сверхрежимные стоянки не вводятся, количество станций к, на которых вводятся сверхрежимные выдержки, равно меньшему из двух чисел: к = тіп(/ (п, :nNP,n, :n№),ii( :NFirst-2). (3. 109) Сверхрежимные выдержки вводятся таким образом, чтобы интервалы по отправлению с первой станции пути для поездов, начиная с n,: nNP и заканчивая
После этого к каждой нитке п, начиная с п, :пда и заканчивая fNP(nt,k) применяется императив ввода сверхрежимной выдержки с начала нитки ISRV(n,s,AT,True), в котором величина сверхрежимной выдержки AT и станция s, на которой она вводится, определяются следующим образом: АГ = п/:п/)/):Ме(1):Г0+Г Л(п(,п)-п:Ме(1):Г0, (3.111) s = /s(n, :NumFirst-fK(ni,n),ni :р), (3. 112) n = n, :nw,n, :nNP :nw,,...,/w(iii,A:). (3. 113) Рассмотрим процедуру ввода сверхрежимных выдержек при снятии поезда с линии на промежуточной станции. Эту операцию имеет смысл проводить, если существуют промежуточные станции, на которых может выполняться сверхрежимная выдержка, т.е. номер последнего исполняемого задания- снимаемой нитки п, меньше, чем число станций на линии Ns минус один:
Операция проводится, если предыдущую снимаемую по этому пути на промежуточной станции нитку п, и нитку п, разделяет более одной нитки:
Поскольку на станции снятия нитки п, и на последней станции пути сверхрежимные стоянки не вводятся, количество станций к, на которых вводятся сверхрежимные выдержки, равно меньшему из двух чисел: к = min (и, :nw,ii, :п Дп, :NFirst-2). (3. 116) Сверхрежимные выдержки вводятся таким образом, чтобы интервалы по прибытию на последнюю станцию пути для поездов, начиная с п,: и заканчивая / (п,, ), были равными Г:
После этого к каждой нитке п, начиная с и, :п№ и заканчивая fpp(n,,k), применяется императив ввода сверхрежимной выдержки до конца нитки ISRy(n,s,&T,False), в котором она вводится, определяются следующим величина сверхрежимной выдержки ДГ и станция s, на которой образом:
При вводе сверхрежимных выдержек их длительность необходимо согласовывать с правилами работы конечных станций, в частности с ограничениями на минимальную длительность оборотов и максимальную величину захлестов.
Условие поддержания времени оборота поездов больше минимально-допустимого следующее:
Для поездов, задействованных в комбинированном размене (рис. 3.2), условие поддержания величины захлеста меньше максимально-допустимого для поездов описывается формулой: Синтез ночной расстановки составов Одной из наиболее ответственных операций, выполняемых при синтезе планового графика, является синтез ночной расстановки составов.
В будние дни после завершения пассажирского движения маршруты, ночующие на линии, должны оказаться в точках ночной расстановки m :pNR, из
которых утром выйдут следующие маршруты m: mN. Заполнение точек ночной расстановки происходит в порядке очереди: раньше должна быть заполнена точка р NR :pNRC или pNR:pNRN, в зависимости от типа расстановки, из которой утром раньше выйдет поезд. Наличие двух типов расстановки: четной и нечетной - определяет необходимость создания двух начал и концов графика, которые различаются только привязкой ниток графика к точкам ночной расстановки и наличием резервных ниток. В выходные дни составы двигаются под теми номерами маршрутов, которые получили в последний рабочий день. В связи с этим маршруты уходят ночевать в те же точки ночной расстановки, из которых и выходили. Смена номеров маршрутов, присвоенных составам, проводится только один раз - в ночь с последнего выходного дня на первый рабочий. Кроме того, ночная расстановка составов должна быть завершена до момента снятия напряжения с контактного рельса [197].
Организация движения маршрутов в последовательности, необходимой для правильной ночной расстановки, производится путем выполнения регулировочных действий. Выделяются следующие основные типы регулировочных действий [212, 231, 232]: изменение графика оборота подвижного состава; изменение режима работы депо; введение регулировочных отстоев.
Изменение графика оборота подвижного состава заключается в изменении графика проведения осмотров и ремонтов или перераспределении точек ночной расстановки ш.р между маршрутами т, и т2. При составленном графике движения перераспределение точек ночной расстановки т:рд,я между маршрутами возможно при выполнении одного из следующих основных условий.
Маршруты, приписанные к одному депо, должны иметь одинаковые типы осмотров или ремонтов, одинаковые условия выхода на линию (оба из депо или с линии), одинаковые условия ухода с линии (оба в депо или на линии) или график еще не предусматривает их уход с линии:
Маршруты, приписанные к разным депо, не имеют осмотров или имеют ТОЇ, которые проводятся в пунктах осмотра, не привязанных к конкретному депо, и выходят из точек и уходят в точки, в которых могут ночевать маршруты обоих депо:
Изменение графика оборота подвижного состава возможно, если при этом не нарушаются правила проведения осмотров: продолжительность между любыми двумя осмотрами или ремонтами не должна превышать периодичности ТО 1 гп : Тр.
Изменение режима работы депо заключается в изменении времени выхода маршрутов из депо без нарушения парности движения путем перемещения ниток входа или последовательности выхода маршрутов после осмотров или с утра.
Модель системы интервального регулирования движения поездов
Представленные алгоритмы позволяют определить местоположение поезда при его движении по разветвленному графу линии и дают информацию, необходимую для определения занятости рельсовых цепей (см. п. 4.5.2). Разработанный алгоритм реализован в тренажере поездного диспетчера [38, 41, 221], представленном в п. 6.3.
На метрополитенах применяются следующие виды электрической централизации стрелок и сигналов: маршрутно-релейная централизация (МРЦ) и диспетчерская централизация (ДЦ) [131].
Модель системы МРЦ строится на основе информации, приведенной в однониточном плане станции и таблице взаимозависимости стрелок, сигналов и маршрутов. Составление подробной модели системы МРЦ требует описания множества схем, организующих работу главных сигнальных, сигнально-управляющих, линейных, включающих автостопных, замыкающих маршрутных и др. реле. Современные средства компьютерного моделирования и САПР позволяют проводить моделирование этих схем. В моделях АСУ ППМ, которые функционируют в реальном времени, использование таких моделей нецелесообразно по следующим причинам. Во-первых, описание этих схем является трудоемким процессом, т. к. в организации функционирования одного маршрута МРЦ задействовано десятки реле, на каждой станции с путевым развитием таких маршрутов порядка 10, а на длинных линиях метрополитена количество станций с путевым развитием превышает десять. Во-вторых, использование таких моделей требует больших затрат машинного времени, что невозможно при организации моделировании движения всего множества поездок по всей линии и систем МРЦ всех станций линии в реальном масштабе времени. В-третьих, как показал опыт, для описания систем интервального регулирования движения поездов достаточно использования формальных моделей в форме уравнений «вход-выход» [85], поэтому и для связанной с ними модели системы МРЦ имеет смысл использовать эту форму моделирования.
Автором разработана формальная модель системы МРЦ, которая описывает работу следующих типов реле, кнопок и путевых устройств электрической централизации: замыкающих реле, кнопочно-наборных реле;маршрутных кнопок, главных отменяющих кнопок ГОК, кнопок «Отмена маршрутов общая» (ОМО), кнопок авторежимов, стрелочных электроприводов, электрических рельсовых цепей, светофоров и пригласительных сигналов.
Разработанная модель МРЦ реализована в тренажере поездного диспетчера [38, 41, 221]. Совпадение полученных в ходе функционирования тренажера результатов с данными о работе системы МРЦ на реальной линии подтверждает адекватность модели. Кроме того, данная модель позволяет вводить в тренажере новые маршруты и авторежимы, которые не существуют в реальной системе МРЦ станций и используются при управлении объектами МРЦ в ходе автоматического исполнения планового графика, о чем говорится в п. 5.2.
Маршрутом МРЦ называется заранее приготовленный путь со стрелками, поставленными и запертыми в положение, соответствующее предусмотренному следованию поезда или маневрового состава [131].
Реальный маршрут МРЦ имеет несколько состояний, в каждом из которых выполняются некоторые действия, а переход из одного состояния в другое осуществляется при выполнении некоторых условий. Формализацию описания функционирования систем, в которых присутствуют такие изменения состояний, удобно проводить с использованием сетей Петри [119]. В этом случае каждому состоянию соответствует место сети Петри. Каждому переходу системы из одного состояния в другое соответствует переход сети Петри, который осуществляются при выполнении определенных условий.
Проведем формализацию описания функционирования маршрута МРЦ с использованием сетей Петри. На рис. 4.11 представлена сеть, в которой есть следующие места, соответствующие состояниям маршрута МРЦ [221]:
Событие р", представляет собой подачу команды на сбор маршрута и заключается в том, что маршрутные кнопки, определяющие задание маршрута, переходят во включенное состояние в нужной последовательности: ш йс : mk, : Sost = On, т3шс : mk2 : Sost = On, (4.67) где m3MRC :mk,, т3шс :mk2 - последовательности, соответствующие маршрутным кнопкам, которые должны быть нажаты первой и второй при задании маршрута ш дс :mk1 :Sost, т й[. :mk2 -.Sost - компоненты последовательностей m c.mk, и т ЙС.тк2, описывающие их состояния; On — значение, соответствующее нажатому состоянию КНОПОК (маршрутных, ГОК, ОМО, авторежимов), состоянию нормально-замкнутого замыкающих реле, при котором оно находится под током, или выставленным флагам, описывающим состояние рельсовых цепей или светофоров.
После подачи команды на сбор (произошло событие р ) осуществляется переход задания маршрута (переход /,"), т. е. маршрут переходит из неактивного состояния в состояние задания и выполняется условие р:
В маршрутно-релейную централизацию включаются стрелки и ограждающие их светофоры. Устройства МРЦ обеспечивают взаимное замыкание стрелок и сигналов, не допуская открытия светофоров, соответствующих данному маршруту, " если стрелки не поставлены в надлежащее положение, а светофоры враждебных маршрутов не закрыты [131].
Выполнение условия р"2 разрешения сбора маршрута определяется состоянием враждебных маршрутов и авторежимов. Сбор маршрута разрешен, если все враждебные задаваемому маршруту маршруты и авторежимы находятся в неактивном состоянии:
Результатом выполнения условий р,т и р," является осуществление перехода /2да, заключающегося в подаче и выполнении команды на перевод стрелок, принадлежащих множеству стрелок, положение которых определяется задаваемым маршрутом. Эти стрелки описываются во множестве т1м.Миг, содержащем последовательности strpol:
