Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Повышение эффективности работы железных дорог связано с дальнейшим развитием сети, в том числе в регионах с суровым климатом, сложным рельефом, проектированием и строительством скоростных линий, вторых путей.
В этих условиях разработка и применение научно обоснованных методов расчета и проектирования трассы, ориентированных на применение математических моделей и современных персональных компьютеров, сможет помочь надежному выбору эффективных вариантов трассы, снизить затраты, на проектирование и строительство железных дорог. Таким образом решение проблемы формирования математических моделей в трассировании железных дорог является актуальной задачей.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы является исследование структуры подсистем железной дороги и проектных организаций, природных условий и проектно-изыскательских процессов, способов и приемов моделирования и получения эффективных математических моделей для реализации в системах автоматизированного проектирования.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. В диссертации использованы методы системотехники, системного анализа, метод ассоциаций при выдвижении гипотез и предположений, дедуктивный и индуктивный методы при анализе экономических моделей и процессов. В работе используются также математические методы поиска оптимальных решений и методы вычислительного эксперимента на ЭВМ.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертации решалась проблема формирования математических моделей трассирования железных дорог. При решения проблемы получен ряд теоретических и практических результатов. Автором впервые выполнена системная идентификация трассы и путевых сооружений, а также детальная декомпозиция системы проектирования железных дорог и операционное описание процессов и методов "ручно-
го" трассирования. Это выявило правила и приемы, которые при соответствующей модификации можно использовать в автоматизированном трассировании.
Новым является применение в трассировании кубических сплайн-функций, в том числе:
1) В описании рельефа использован дважды кубический сплайн:
его эффективность выявлена в сравнении с другими моделями. На осно
ве сплайновой модели рельефа разработана .методика оценки адекватно
сти модели, идентификации категории сложности рельефа, поиска хара
ктерных точек и трассирования характерных линий рельефа.
Сплайновая модель рельефа эффективно используется г
при полуавтоматической этапной укладке плана трассы и получении продольного профиля земли;
при построении линии нулевых работ на напряженном ходу с использованием шага-вектора и численных методов поиска нуля;
при построении ломаной трассы на вольном ходу путем сгущения трехзвенной модели и-использования характерных линий рельефа;
при автоматическом построении продольного профиля земли по фиксированному плану.
2) Одномерная сплайновая модель использована:
для эффективной аппроксимации линии нулевых работ и магистрального хода параметрическим сплайном, а затем допустимым планом трассы (.сочетанием прямых и кривых, соответствующим СНиП);
для аппроксимации продольного профиля земли с целью быстрой укладки исходного проектного продольного профиля;
- -. для аппроксимации тяговой характеристики локомотива и других эмпирических дискретно-точечных функций.
Автором впервые реализованы в решении задачи оптимального проектирования железных дорог ускоренные методы поиска минимума:
метод сгущения трехзвенной модели проектного профиля, аналогом которого является метод бегущей волны;
модификация метода двумерного наискорейшего спуска с использованием параболической интерполяции и экстраполяции.
Разработана система автоматизированного выбора типа и индивидуального проектирования поперечного профиля земляного полотна.
Впервые использованы новые приемы и формулы для расчета объемов земляного полотна, строительной стоимости с расчетом дополнительных затрат на основе выведенных автором коэффициентов, тяговых расчетов с использованием численного интегрирования уравнения движения поезда методом Эйлера-Коши.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанные в диссертации модели и методы представляют собой теоретические основы разработки и совершенствования локальных систем автоматизированного проектирования. Подготовлен и отлажен пакет прикладных программ по трассированию железнодорожных линий. Результаты исследований в виде алгоритмов и программ использованы при решении различных проектных, научно-исследовательских и эксплуатационных задач.
РЕАЛИЗАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований реализованы:
Б научно-исследовательских работах по темам:
-
Целевые комплексные программы МПС повышения скоростей движения грузовых и пассажирских поездов "Ускорение" и "Скорость" (Основание: Постановление ЦК КПСС и СМ СССР от 29.05.86 г. и Указание МПС # 434-у).
-
Разработка и ввод в эксплуатацию пакета прикладных программ для решения на ЭВМ оптимизационных программ строительства дорог (Тема t 0.80.01.05.09.п, Институт кибернетики им. В.М.Глуш-кова Академии наук УССР, 1990 г.).
3. Разработка методики принятия решений при проектировании железных дорог в условиях- нечеткой информации (Тема ШШ-ПП-101/1, УЗЖИТ, 1985-1990гг.) и в других научно-исследовательских работах.
Б проектно-изыскательских организациях железнодорожного транспорта и транспортного строительства.
Ряд положений диссертации получил внедрение в учебном процессе: деловая игра "Оптима", методические указания "Оптимизация продольного профиля на основе математических методов и ЭВМ", "Применение ЭВМ при выполнении тяговых расчетов", лабораторные работы по АСУ и САПР на кафедре пути и железнодорожного строительства УГАПС.
Отдельные положении диссертации докладывались и получили положительную оценку на конференции по проблемам проектирования, строительства и эксплуатации БАМ в ЛИИЖТе (1978 г.), на всесоюзной научно-технической конференции по проблемам БАМ в СибЦНИИСе (1983 г.), на научно-технических конференциях НТО Свердловской железной дороги и УЗШИТ (1967-1995 гг), на заседании Ученого совета строительного факультета УЭМИИТ в 1991 г., во ВНИИЖТ (1989г), на научно-технических конференциях ВНИИЖТ, (Уральское отделение, 1980-1983 г.).
На основе разработанных в диссертации методов и моделей были составлены "Методические указания по математическому моделированию в локальных САПР трассы железных дорог".
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в 24 печатных работах общим объемом 16 п.л.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 434 страницы, включая 315 страниц текста, 57 рисунков, 11 таблиц и 61 приложений. Список использованной литературы содержит 175 наименований.
