Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния проблемы, постановка цели и задачи исследования 10
1.1 Анализ наличной пропускной способности сети железных дорог 10
1.2 Анализ научных исследований в области определения наличной пропускной способности участков железных дорог 13
1.3 Анализ научных исследований влияния «окон» на наличную пропускную способность участков железных дорог 16
1.4 Анализ научных исследований оценки случайных факторов на изменение условий организации движения 18
1.5 Анализ научных исследований в области особенностей имитационного моделирования работы железнодорожных станций и участков 1.6 Постановка научной задачи и формирование цели исследования 25
1.7 Выводы 27
2. Обоснование особенностей имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемойлинии 30
2.1 Определения границ моделирования пропуска поездов по реконструируемой железнодорожной линии 30
2.2 Определение влияния предоставления «окон» на увеличение длительности стоянки поездов 44
2.3 Определение возможности освоения прогнозируемых объемов перевозок реконструируемой железнодорожной линией в условиях обращения
нескольких «категорий» грузовых поездов 53
2.3 Выводы 56
3. Разработка имитационной модели пропуска поездов по реконструируемой железнодорожной линии 59
3.1 Разработка процедуры обеспечения пропуска по реконструируемой железнодорожной линии заданного количества грузовых поездов с различными перегонными временами хода в течение суток 59
3.2 Создание алгоритма определения периодичности ремонтов железнодорожного пути 75
3.3 Создание алгоритма автоматизации определения задержек поездов и отклонения части поездопотока на параллельные железнодорожные линии хода в условиях предоставления «окон» для ремонтов железнодорожного пути с учетом совмещения работ 84
3.4 Разработка алгоритма выбора экономически целесообразного варианта графика предоставления «окон» 104
3.5 Выводы 111
4. Разработка методики оценки пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии на основе имитационного моделирования 115
4.1 Оценка вероятности обеспечения превышения моделируемой пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии над потребной 115
4.2 Определение максимальной длительности занятия приемо-отправочных путей станции назначения, обеспечивающей превышение моделируемой пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии над потребной 121
4.3 Определение экономически целесообразного варианта графика предоставления «окон» 145
4.4 Выводы 151
Заключение 155
Список использованных источников 165
- Анализ научных исследований влияния «окон» на наличную пропускную способность участков железных дорог
- Определение влияния предоставления «окон» на увеличение длительности стоянки поездов
- Создание алгоритма определения периодичности ремонтов железнодорожного пути
- Определение максимальной длительности занятия приемо-отправочных путей станции назначения, обеспечивающей превышение моделируемой пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии над потребной
Анализ научных исследований влияния «окон» на наличную пропускную способность участков железных дорог
В настоящее время места, ограничивающие наличную пропускную способность железнодорожных линий, определяются по Инструкции [47] в масштабе железнодорожных линий по минимальной наличной пропускной способности участков и технических станций. В тоже время необходимо точно определить место расположения, причины возникновения и достаточность мер по их ликвидации.
Критичные длительности стоянок поездов на станциях и снижения скоростей на подходах к ним могут быть вызваны нарушениями в технологии работы или несоответствием технического оснащения железнодорожной линии потребной пропускной способности. В первом случае необходимо проведение организационно-технических мероприятий, а во втором – реконструктивных.
Для определения наличия мест, ограничивающих наличную пропускную способность железнодорожных линий, необходимо знать места критичных длительностей стоянок и снижения скоростей на подходах к ним, что определяется временем прибытия и отправления поездов по станциям железнодорожной линии.
Одной из проблем выбора приоритетности мероприятий по снятию задержек в движении, является использование в качестве исходных, паспортных, а не статистических данных о перевозочной мощности железнодорожных линий, что снижает точность расчета.
Анализ графика исполненного движения [65], в основном, сводится к подсчету поездо-минут опоздания по участкам с отнесением их на виновные дирекции, что не позволяет определить «узкие места», ограничивающие наличную пропускную способность железнодорожных линий в масштабе не отдельных диспетчерских участков, а железнодорожных линий, в том числе проходящих по инфраструктуре нескольких железных дорог.
Поэтому необходимо разработать методику определения достаточности мероприятий, обеспечивающих превышение наличной пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии над потребной, на основе обработки данных о критичных длительностях стоянок поездов на станциях, снижении скоростей на подходах к ним и причин их возникновения, начиная со станций, с максимальными стоянками поездов и снижения скоростей на подходах к ним. Эти данные содержатся в многочисленных информационных системах железнодорожного транспорта [87, 119], которые слабо взаимодействуют, нередко содержат одни и те же данные в различных форматах. Поэтому необходимо выбрать информационные системы, обеспечивающие получение указанных данных.
После определения станций критичных длительностей стоянок поездов и снижения скоростей на подходах к ним, необходимо определить причины, вызвавшие затруднения в пропуске поездов для разработки мероприятий по их устранению.
Система КАСАТ [51,159], содержит данные о суммарных длительностях задержек пассажирских, пригородных и грузовых поездов, с указанием ответственных структурных подразделений. Однако расследования первопричин, требующих значительных затрат рабочего времени, выполняется не во всех случаях. Поэтому использование системы КАСАТ для определения причин возникновения критичных длительностей стоянок и снижения скоростей на подходах к ним, имеющих системный характер, не представляется возможным.
Причины возникновения критичных длительностей стоянок и снижения скоростей на подходах к ним необходимо определять на основании информации, получаемой из системы ГИД-Урал и опроса оперативно-диспетчерского персонала.
После определения наличия и причин возникновения критичных длительностей стоянок поездов и снижения скоростей на подходах к ним, возникает задача оценки наличной пропускной способности железнодорожной линии после проведения организационно-технических или реконструктивных мероприятий.
Анализ научных исследований ведущих ученых в области определения наличной пропускной способности участков железных дорог (Е.В. Архангельский [11], Н.А. Воробьев [49], Ю.В. Дьяков [35], А.Д. Каретников [49], Д.Ю. Левин [165], А.М. Макарочкин [167], А.П. Романов [113-114], А.К. Угрюмов [153]), последних разработок (А.И. Беседин [16], И.А. Беседин [17], Е.А. Попова [108], А.В. Еловиков [38], М.В. Фуфачева [155], Ю.В. Голеня [33], А.Л. Голигузова [28], А.В. Дмитренко [33], С.А. Плахотич [107] ) и нормативных Инструкций [46-48], показал, что наличная пропускная способность определяется в одинаковых по весу и длине состава расчетных грузовых поездах по ограничивающим перегонам, и по отдельным элементам путевого развития станции (парки, горловины, сортировочные и грузовые устройства), что не позволяет учитывать взаимное влияние неравномерности загрузки участков и технических станций на наличную пропускную способность всей железнодорожной линии, включающей несколько железнодорожных участков и технических станций.
В расчетах наличной пропускной способности железнодорожного участка при различных скоростях следования грузовых и пассажирских поездов, по аналитическим формулам, применяют коэффициенты съема, которые из большого числа влияющих факторов учитывает только соотношение скоростей поездов на ограничивающем перегоне.
Имитационное моделирование движения поездов позволяет оценить фактический съем поездов путем воспроизведения на компьютере технологии работы железнодорожных линий.
Д.Ю. Левиным установлено [77], что причинами отклонения реальной пропускной способности железнодорожного участка от теоретической являются использование постоянных величин в расчетной формуле определения наличной пропускной способности и отсутствие учета количества станций на участке и приемо-отправочных путей на них, длины и веса поездов, неидентичности длины перегонов и обгона поездов.
Определение влияния предоставления «окон» на увеличение длительности стоянки поездов
В результате выдается справка с информацией о номерах вагонов, станциях и датах погрузки, станциях назначения, роде груза, сроках доставки, последних операциях с вагонами: дате, времени, месте, индексе поезда, в котором находится данный вагон.
Для дальнейшей работы, в справке требуется по индексам грузовых поездов определить станции формирования их составов.
В качестве обследуемых грузовых поездов целесообразно использовать отправительские маршруты с мест погрузки. Чтобы определить список этих поездов необходимо сравнить коды единой сетевой разметки (ЕСР) станции погрузки и станции формирования, у этих поездов коды ЕСР указанных станций совпадают.
Слежение за пропуском вагонов со станции отправления до станции назначения в составах грузовых поездов, при существующих условиях получения статистических данных, по запросам из двух систем, необходимо начинать при их поступлении на дорогу назначения груза, что устанавливается по данным системы СИРИУС. С помощью сотрудников ИВЦ железных дорог проследования получать статистические данные из системы ГИД-Урал до станций формирования поездов. При возникновении трудностей в получении статистических данных из ИВЦ соседних железных дорог можно использовать данные из системы СИРИУС, но тогда необходимо делать запросы в оперативном режиме, с момента появления поезда в системе, так как статистические данные хранятся ограниченное время и можно не успеть получить необходимые данные. Этот недостаток устраняется при использовании системы «АС РПФП все дороги», имеющей архив данных.
Для получения статистических данных из системы ГИД-Урал необходимо использовать функцию «Поиск по индексу поезда». В результате выдаются статистические данные о расписании следования поезда по дороге между стыковыми пунктами, а также станциями отправления и назначения.
Наличие в системе ГИД-Урал архива данных, позволяет организовать получение статистических данных о проследовании поездами всех станций в пределах дороги по индексам поездов, погруженных в адрес станции назначения. Учитывая описанную технологию получения статистических данных о пропуске поездов, целесообразно начать ее выполнение с дороги отправления. При этом необходимо получать статистические данные о поездах, погруженных в адрес станции назначения и запрашивать у работников ИВЦ данные о проследовании всех станций от станции отправления до станции назначения. Полученные статистические данные заносятся в таблицы Excel-файла.
Возможны два алгоритма обработки данных: 1. Алгоритм обработки данных движения грузовых поездов с использова нием данных ИВЦ всех дорог следования, который включает: 1.1. Определение номеров вагонов в составе прибывших поездов на станцию назначения при использовании системы «АС РПФП все дороги», либо СИРИУС; 1.2. Определение номеров и индексов поездов, в составах которых следовали рассматриваемые вагоны; 1.3. Запрос статистических данных об их пропуске из архива системы ГИД-Урал с помощью работников ИВЦ дорог следования осуществляется по индексу состава на протяжении всего пути следования; 1.4. Обработка данных. 2. Алгоритм обработки данных движения грузовых поездов с использова нием данных ИВЦ дороги назначения: 2.1. Определение списка вагонов на сети, назначением в адрес рассматриваемой станции; 2.2. Определение номеров и индексов поездов, в которых следуют рассматриваемые вагоны; 2.3. Оперативные запросы статистических данных об их пропуске из архива системы СИРИУС до стыковой станции дороги назначения по индексу на протяжении всего пути следования, либо из архива системы «АС РПФП все дороги»;
Обработка данных. После получения исходных данных, их заносят в расчетную таблицу, в каждой строке которой для каждой станции заполняются времена «прибытия», «отправления» или «проследования» грузовым поездом данной станции, а также длины перегонов между станциями. Длительности стоянок поездов на станциях, снижения скоростей на подходах к ним, а также участковые и маршрутные скорости рассчитываются автоматически. В случае движения поезда различными маршрутами в обход железнодорожных узлов на протяжении полигона, число станций, входящих в один участок для различных грузовых поездов будет различным. Поэтому приходится вручную корректировать шаблоны расчетных таблиц Microsoft Excel, что вызывает дополнительные затраты времени.
Снижения скоростей на подходах к железнодорожным станциям для выборки грузовых поездов группируются по перегонам, участковые скорости группируются по железнодорожным участкам. Затем скорости ранжируются в порядке убывания, и находятся доли поездов, соответствующие каждому интервалу, с шагом в 10 км/ч (рисунок 2.1). Это позволяет оценить, являются ли потери времени при движении поездов единичными, или же они носят системный характер. Отображение динамики изменения маршрутной скорости в виде графиков для группы поездов по железным дорогам, позволяют оценить способности каждой железной дороги выдер жать договорные сроки доставки грузов.
Создание алгоритма определения периодичности ремонтов железнодорожного пути
Оценка пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии выполняется на имитационной модели пропуска поездов по реконструируемой железнодорожной линии в программном комплексе, разработанном и развиваемом содружеством ученых академической (ИПТ РАН), отраслевой (ИЭРТ) и вузовской (ПГУПС) науки (И.М. Кокурин, Ф.С. Пехтерев, С.Е. Миняев, О.Б. Тимин).
Общая блок-схема программного комплекса имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемой линии иллюстрирующая взаимодействие двух основных модулей: модуля имитационного моделирования процессов перевозок (ИМПП) и модуля планирования ремонтных работ (МПРР) представлена на рисунке 3.1.
Потребность в «окнах» определяется модулем планирования ремонтных работ (МПРР), учитывающим данные Службы пути и сооружений о пропущенном тоннаже по ремонтируемому участку на первый год начала планирования ремонтных работ железнодорожного пути, последний вид и срок выполненного ремонта.
Модуль МПРР рассчитывает ежегодные графики проведения ремонтных работ на весь период планирования, содержащие данные о местах, количестве и длительностях «окон», а также учитывает ограничения скоростей поездов, обусловленных выполнением ремонтных работ, в соответствии с Инструкцией [45].
Эта информация передается в модуль ИМПП, который строит за заданное количество суток моделируемые графики движения поездов, по которым определяются моделируемая пропускная способность реконструируемой железнодорожной линии с учетом предоставления «окон».
Общая блок-схема программного комплекса имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемой линии иллюстрирующая взаимодействие двух основных модулей: модуля имитационного моделирования процессов перевозок (ИМПП) и модуля планирования ремонтных работ (МПРР) Информация о количестве поездов, пропущенных по реконструируемой железнодорожной линии, передается в модуль МПРР, который сравнивает полученное количество с планируемым. Если планируемое количество поездов не удалось пропустить по реконструируемой линии, то грузонапряженность на конец года пе-ресчитывается, план предоставления «окон» корректируется и передается в модуль ИМПП.
Моделирование и корректировка графиков проведения ремонтных работ продолжаются на весь заданный период планирования. В результате получаются скорректированные ежегодные графики предоставления «окон» для проведения ремонтных работ (рисунок 3.2) для всего периода планирования и данные о вероятности обеспечения превышения моделируемой пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии над потребной при заданном варианте проведения ремонтных работ. Значения фактической грузонапряженности по годам планирования, которые больше плановых выделены прямоугольником (рисунок 3.2).
Скорректированный график ремонтов При отсутствии возможности пропустить требуемое количество грузовых по 62 ездов по ремонтируемой линии, проверяется возможность отклонения части по-ездопотока на параллельные железнодорожные линии хода. При этом рассчитываются перепробеги и задержки поездов, которые используются для определения минимальных суммарных затрат на задержки поездов и путевые работы при изменениях продолжительности «окон».
Входящий в состав программного комплекса имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемой линии модуль ИМПП имитирует движение не расчетных, а реальных грузовых поездов, с учетом движения части поездов по расписанию, особенностей системы интервального регулирования, количества и полезной длины станционных путей, неравномерности движения, в условиях наличия предупреждений об изменениях установленной скорости, предоставления «окон» и при их отсутствии.
В условиях приема поездов без задержек на технические станции это позволяет строить моделируемые графики движения поездов для заданного количества суток и определять по ним математическое ожидание и доверительный интервал размеров движения, а также моделируемую пропускную способность. Поскольку имитационная модель пропуска поездов по реконструируемой линии определяет массу и род груза, перевозимого каждым поездом, это позволяет определять провозную способность реконструируемых железнодорожных линий и вероятность доставки всей планируемой номенклатуры и объемов грузов за год.
Имитационная модель пропуска поездов по реконструируемой железнодорожной линии используется для детального анализа целесообразности проведения мероприятий по организации движения поездов (выбор станции для смены вида тяги, параллельный график, организация движения грузовых поездов по расписанию, вариантные графики при ремонтных работах и т. д.).
Это позволяет рассчитывать техническую, технологическую и экономическую целесообразность, а также оценивать моделируемую пропускную способность реконструируемой железнодорожной линии при различном техническом оснащении и системах организации движения по принципу: «что будет, если…?». По результатам имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемой линии определяются моделируемая пропускная способность реконструируемой железнодорожной линии, участковые, технические и маршрутные скорости поездов различных категорий, масса перевезенных грузов и другие показатели работы железнодорожной линии.
Для имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемой линии используются следующие данные: прогнозируемые годовые объемы перевозок всех родов грузов, техническое оснащение реконструируемой железнодорожной линии, параметры подвижного состава и поездов, пропущенный тоннаж по обследуемой железнодорожной линии, информация о ремонтах пути, минимальные станционные и межпоездные интервалы с учетом параметров систем автоматики и телемеханики, тяговое обслуживание.
Развитая в данной работе общая схема информационного обмена программного комплекса имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемой линии (рисунок 3.3) показывает взаимосвязи модулей комплекса.
В состав программного комплекса имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемой линии, кроме модуля пропуска поездов (ИМПП) и модуля планирования ремонтных работ (МПРР) входит редактор данных, блоки которого позволяют вводить данные о плане перевозок, родах грузов, параметрах поездов и техническом состоянии реконструируемой железнодорожной линии.
Техническое состояние реконструируемой железнодорожной линии может быть экспортировано из редактора базы данных геоинформационной транспортной сети, который является отдельным программным продуктом и внешним источником данных. Перегонные времена хода для поездов с различным весом и длиной состава определяются системой тяговых расчетов ИСКРА-ОТР [8], которая также является внешним источником данных и представляют собой ведомости перегонных времен хода поездов.
Определение максимальной длительности занятия приемо-отправочных путей станции назначения, обеспечивающей превышение моделируемой пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии над потребной
На отечественных железных дорогах наличная пропускная способность реконструируемых железнодорожных линий в большинстве случаев ограничивается станциями: сортировочными, смены локомотивов и локомотивных бригад, стыкования родов тока, междорожными стыковыми, приграничными и предпортовыми.
Для расчета моделируемой пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии, обслуживающей морской порт [135], в модуль ИМПП вводится информация о схематических планах промежуточных и участковых станций, путевых планах перегонов, а также количестве, полезной длине, специализации и длительностях занятия приемо-отправочных путей предпортовой станции.
Для испытания методики оценки пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии выбрана одна из двухпутных железнодорожных линий Октябрьской железной дороги, обслуживающая морской порт, длиной 174,7 км, оборудованная трехзначной автоблокировкой. На 18 промежуточных станциях имеется по два приемо-отправочных пути.
На технической станции происходит смена локомотивных бригад длительностью 40 мин.
Предпортовая станция по объему работы и техническому оснащению отнесена к внеклассной. Она включает сортировочную систему с последовательным расположением парков, транзитный парк, расположенный параллельно парку приема, и 7 районных парков. Все станционные и межпарковые соединительные пути, предназначенные для движения поездов, электрифицированы.
Проектом предпортовой станции предусмотрены только поездные передвижения между сортировочной системой и районными парками, что требует опробования тормозов и учитывается в имитационной модели пропуска поездов по реконструируемой линии через длительность занятия приемо-отправочных путей в парках приема и отправления, задаваемую законами распределения при наличии статистических данных или дискретно.
Модуль ИМПП в настоящий момент не позволяет учитывать работу сортировочного парка, поэтому в модели реализован следующий алгоритм. Поезда, прибывшие в парк приема, занимают приемо-отправочные пути, после чего переставляются в сортировочный парк. В парке отправления поезда появляются в случайные моменты времени, но при этом соблюдается соотношение – количество поездов, прибывших в парк приема в течение суток, равно количеству поездов, отправленных из парка отправления, соответственно в четном и нечетном направлениях (при отсутствии перелома веса поезда).
Законы распределения длительностей занятия путей парков поездами (таблица 4.5), следующими в узел и обратно получены на кафедре УЭР ПГУПС при составлении суточного плана графика Единого технологического процесса одной из сортировочных станций Октябрьской железной дороги, обслуживающей морской порт.
Структура поездопотоков в соответствии с планом перевозок по реконструируемой железнодорожной линии в адрес морского порта и количество приемо-отправочных путей в районных парках предпортовой железнодорожной станции (таблица 4.6). В соответствии со структурой поездопотоков движение поездов в имитационной модели пропуска поездов по реконструируемой линии организуется по следующей схеме (рисунок 4.6): 1. Отправительские маршруты, не требующие перемены тяги, следуют в районные парки (РП) или на сеть ОАО «РЖД»; 2. Отправительские маршруты из 6 и 7 районных парков переставляются маневровым порядком в транзитный парк и отправляются со станции; 3. Немаршрутизированный вагонопоток перерабатывается в сортировочной системе.
Особенность технологии работы предпортовой станции заключается в том, что длительность занятия каждого приемо-отправочного пути является случайной величиной, зависящей от даты и времени подхода морских судов, степени заполнения складов, непроизводительных простоев и других случайных факторов, что приводит к случайным превышениям нормативной длительности занятия путей. Поэтому предлагается определять максимальное значение длительностей занятия приемо-отправочных путей, методикой оценки пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии на основе имитационного моделирования, при котором обеспечивается превышение моделируемой пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии над потребной.
Моделируемая пропускная способность реконструируемой железнодорожной линии, обслуживающей морской порт (рисунки 4.7-4.8), рассчитывается в условиях первого варианта количества приемо-отправочных путей в районных парках (РП) предпортовой железнодорожной станции (РП №1 – 3, РП №2 –9, РП №3 – 8, РП №4 – 7, РП №5 – 2, РП №6 – 4, РП №7 – 4), пропуска 10 пар пассажирских поездов, предоставления «окон», продолжительностью 8 часов, на ограничивающем перегоне длиной 14,6 км, в период выполнения ремонтных работ и длительности занятия приемо-отправочных путей районных парков предпортовой железнодорожной станции, равной 2, 4, 6, 8 и 10 часов.
Моделируемая пропускная способность реконструируемой железнодорожной линии (рисунки 4.9-4.10), при втором варианте количества приемо-отправочных путей в районных парках (РП №1 с 3 до 5, РП №2 с 9 до 12, РП №3 с 8 до 11, РП №4 с 7 до 10, РП №5 с 2 до 3, РП №6 с 4 до 6, РП №7 с 4 до 6), определялась в условиях пропуска 10 пар пассажирских поездов, предоставления «окон» продолжительностью 8 часов, на ограничивающем перегоне, длиной 14,6 км, в период выполнения ремонтных работ и длительности занятия приемо-отправочных путей районных парков предпортовой железнодорожной станции равной 2, 4, 6, 8 и 10 часов. Второй вариант расчета рассматривается в качестве проверки корректности результатов имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемой линии, так как основан на результатах аналитических расчётов, проведенных в ПАО «Ленгипротранс» при отсутствии предоставления «окон».
Результаты имитационного моделирования пропуска поездов по реконструируемой линии показывают, что превышение моделируемой пропускной способности реконструируемой железнодорожной линии над потребной в четном направлении, равной 72 грузовым поездам, обеспечивается с вероятностями, представленными в таблице 4.7.