Алгоритмизация решений поездного диспетчера по выбору станций скрещения Текст научной статьи по специальности «Математика»

Современные технологии - транспорту

47

5. Лазарев В. Г. Синтез управляющих автоматов / В. Г. Лазарев, Е. И. Пийль. - М. : Энергия, 1984. -408 с.

6. Марков Д. С. Матричный метод формализации имитационных моделей сложных систем массового обслуживания / Д. С. Марков, П. Е. Бу-

лавский // Изв. ПГУПС. - 2010. - Вып. 4. - С. 186195.

7. Р 50.1.028-2001 Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования. - М. : Госстандарт России.

УДК 656.2 И. М. Кокурин

Институт проблем транспорта им. Н. С. Соломенко РАН А. Б. Васильев

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ РЕШЕНИЙ ПОЕЗДНОГО ДИСПЕТЧЕРА ПО ВЫБОРУ СТАНЦИЙ СКРЕЩЕНИЯ

Организация движения поездов при отклонениях от нормативного графика и от диспетчерского расписания - одна из основных задач поездных диспетчеров, решение которой существенно осложняется на однопутных участках. При этом результаты эксплуатационной работы железнодорожных участков зависят от правильности принятия и реализации диспетчерских решений. В статье предлагается метод формализованного алгоритмического описания процессов принятия решений поездным диспетчером по определению станций скрещения с целью развития информационной поддержки и автоматизации функций управления движением поездов.

Поездной диспетчер, управление движением поездов, выбор станций скрещения, алгоритмическое описание решений, информационная поддержка, автоматизация диспетчерского управления.

Современные системы железнодорожной автоматики и телемеханики совместно с информационными технологиями открывают широкие возможности повышения показателей процессов перевозок. Однако разработки в этой области не всегда дают ожидаемый эффект из-за недостаточного исследования условий и процессов принятия диспетчерами решений по организации движения поездов, поскольку необходимо изучить влияние множества факторов, особенно сложно взаимодействующих на однопутных линиях.

В работах [3-5] заложены основы алгоритмического описания содержания труда железнодорожного оперативно-диспетчерского персонала, на этой основе разработаны методы определения границ зон управления и оценки технико-технологической и экономической эффективности информационного обеспечения и автоматизации функций управления процессами перевозок.

Для алгоритмического описания процессов принятия решений поездным диспетчером необходимо разработать математиче-

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2015/2

48

Современные технологии - транспорту

скую модель организации пропуска поездов по управляемому участку.

Выбор станции скрещения

Для скрещения поезда j-1 с приоритетным поездом j станция i выбирается при соблюдении условий (рис. 1):

THnojj-1i _ tnji tnj-1i > Тнпнуу_1i , (1)

где т нпо/j-1i и Тнпщ -1i - соответственно, ожидаемый и нормируемый интервалы (тип II) неодновременного прибытия поездаj-1 с остановкой и проследования без остановки встречного поезда j по станции скрещения i.

t и t - моменты ожидаемого времени прибытия поездов j-1 и j на станцию скрещения i с учетом затрат времени на разгон поезда j-1 в случае остановки на станции i-1 и на замедление до остановки на станции i.

Условие (1) обеспечивает возможность скрещения поезда j-1 с приоритетным поездом j на станции i, поскольку ожидаемый интервал неодновременного прибытия поездов т j_h-достаточен для своевременного открытия

встречному поезду j входного и выходного светофоров на станции i для безостановочного проследования.

THnoj/_1i+1 _ tnji+1 tnj _1i+1 < Тнпнуу _1i+1 , (2) где THnojj_1i+1 и Тнпщ_1i+1 - соответственно,

ожидаемый и нормируемый интервалы неодновременного прибытия поезда j-1 с остановкой и проследования без остановки встречного поезда j по станции скрещения i+1; t ш и tnj _1i+1 - моменты ожидаемого времени прибытия поездов j-1 и j на станцию скрещения i+1.

Условие (2) показывает недопустимость скрещения поездов на станции i+1, поскольку ожидаемый интервал неодновременного прибытия поездов на эту станцию недостаточен для своевременного открытия поезду j входного и выходного светофоров для безостановочного проследования.

Выбор станции скрещения представляет собой последовательный анализ возможностей использования станций i-1, i, i+1, расположенных на расстоянии встречного движения рассматриваемых поездов. Двигаясь со скоростью V , первым на станцию скрещения i

Рис. 1. Выбор станции скрещения

2015/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

49

прибудет поезд j-1, а вторым со скоростью V эту станцию без остановки проследует поезд j. Возможность сокращения длительности стоянки поезда j-1 при выборе станции скрещения доказывает предложение 1.

Предложение 1

Если станции i-1, i и i+1 расположены последовательно на расстоянии сближения встречных поездов, то длительность стоянки поезда j-1 при скрещении на станции i-1 тст. _и _1 и поезда j-1 при скрещении на станции i тст._и составят соотношение

TCTj _1i _1 > TCTj _1i '

Длительность стоянки поезда j-1 на станции скрещения i-1 составит

TCTj_1i_1 _ tnji_1 tnj_1i_1 + TCKjj _1i_1 ,

где tuji_1 и tnj_Xi_1 - ожидаемые моменты времени прибытия поездов j и j-1, соответственно, на станцию скрещения i-1; т j_и_1 - интервал скрещения поездов j и j-1 на станции i-1 с остановкой поезда j-1.

Длительность стоянки поезда j-1 на станции скрещения i составит

Тст/_1i _ tnji_1 Txjii_1 tnj_1i_1 Txj_1i_1i + TCKjj_1i ,

где tnji_1 и tnj _h. _1 - ожидаемые моменты времени прибытия поездов j и j-1, соответственно, на станцию скрещения i-1; TXjii_1 и т._и_и -перегонное время хода поездов j и j-1, соответственно, между станциями i и i-1; т j _1i -интервал скрещения поездов j и j-1 на станции i с остановкой поезда j-1.

Разность длительности стоянок поездов j и j-1 на станциях i-1 и i будет равна

TCTj _1i _1 TCTj _1i = tnji _1 tnj _1i _1 +

+ TCKjj _1i_1 tnji_1 + tnj _1i _1 +

+ Txjii _1 + Txj _1i _1i TCKjj _1i = Txj_ 1i_1i + Txjii_1 + Атск >0,

где Атск - разность интервалов скрещения поездов j-1 и j на станциях i-1 и i.

Поскольку TCTj-_h._1 _ Xctj._h. > 0, то Xctj._h._1 >

> TCTj. _h.. Предложение 1 доказано.

Таким образом, если время прибытия поезда j-1 на станцию i-1 (рис. 1) больше предельного времени его прибытия на эту станцию

t > t" = t — x — т

lnj_1i_1 ^ lnj_1i_1 lnji ^HnHjj'_1i lxj_1i_1i ’

то для исключения задержки поезда j скрещение с остановкой поезда j-1 следует перенести со станции i на станцию i-1.

Если время прибытия поезда j-1 на станцию i меньше предельного времени его прибытия ^_и

t < t,f =t — T — T

Lnj_1i ^ Lnj_1i *nji+1 lHnHjj_1i+1 lxj_1ii+1 ’

то для сокращения стоянки поездаj-1 его скрещение с поездом j следует перенести со станции i на станцию i+1.

Интервал (тип II) неодновременного прибытия поезда с остановкой и проследования без остановки встречного поезда [1, 2] т н. _1i (рис. 1), равный разности моментов времени прибытия на станцию скрещения i приоритетного tj и останавливаемого tnj-_h. поездов

THnoj/_ 1i = tnji _tnj_1i, должен быть достаточН^1м

для своевременного открытия входного и выходного светофоров для безостановочного проследования приоритетного поездаj, исключающего его задержку. Современные системы диспетчерской централизации (ДЦ) передают поездному диспетчеру моменты времени выполнения всех технологических операций скрещения, суммарная продолжительность промежутков времени между которыми составляет интервал неодновременного прибытия поезда с остановкой и проследования без остановки встречного поезда (см. таблицу).

Для исключения задержки приоритетного поезда j интервал попутного прибытия на станцию скрещения i должен быть не менее суммы длительностей выполнения следующих технологических операций:

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2015/2

50

Современные технологии - транспорту

Технологические операции, составляющие при ДЦ интервалы неодновременного прибытия поезда с остановкой j-l и проследования без остановки встречного поезда j и интервал скрещения этих поездов

Технологическая операция Обозначение операций

Время освобождения останавливаемым поездом j-l последней изолированной секции маршрута приема на станцию скрещения i tомпj -li

Время размыкания последней изолированной секции маршрута приема останавливаемого поезда j-l на станцию скрещения i ^pMnj-lz

Время открытия поездным диспетчером входного светофора для безостановочного пропуска приоритетного поезда j по станции скрещения i ^овхр

Время вступления приоритетного поезда j на первый участок приближения к станции скрещения i hynjt

Время освобождения приоритетным поездом j последней секции маршрута приема на станцию скрещения i tQмnjz

Время занятия приоритетным поездом j первой секции маршрута отправления со станции скрещения i t1смQjz

Время размыкания последней секции маршрута приема приоритетного поезда j на станцию скрещения i ^pMnjz

Время открытия выходного светофора поездным диспетчером для отправления останавливаемого поезда j-l со станции скрещения i ^овых'-li

Время занятия поездом j-l первой секции маршрута отправления t1CMQ/-lz

Тнпоуу-li ^nji tnj-li tомnji tомnj-li ;

_ > TpMj-li + Товхд +

ХнпнУУ'-li _ 60

+0,06(Llyni + Luni + 2 ‘0,5 Li/),

V,,

где TpMj-li = W-li -6жп/-li - длительноСГь размыкания последней секции маршрута приема на станцию скрещения i останавливаемого поездаj-l, продолжительность которой равна разности моментов времени размыкания последней изолированной секции маршрута приема и ее освобождения поездом j-l, с; то7 - затраты времени на передачу информации поездному диспетчеру, на принятие решения, передачу и выполнение команды на открытие входного светофора для безостановочного

пропуска приоритетного поездаj по станции скрещения i, с;

^омп/' ^lynji 006

(L

lynji + LMnji + 2 ‘ 0,5Lnj )

V

- интервал времени от вступления приоритетного поезда j на первый участок приближения к станции скрещения i до освобождения им последней изолированной секции маршрута приема (рис. 2).

В этом выражении

Llynji (м) - длина первого участка прибли-жия к станции скрещения i не позже времени вступления приоритетного поезда j, на который входной светофор должен быть открыт;

LMnji (м) - длина маршрута приема поезда j на станцию i, равная расстоянию от входного

2015/2

Proceedings of Petersburg Transport University

ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС 2015/2

Современные технологии - транспорту

52

Современные технологии - транспорту

светофора до изолирующего стыка пути приема;

0,5Lnj (м) - половина длины приоритетного поезда j;

Vjt (м) - скорость приоритетного поездаj на указанном расстоянии. Коэффициент 0,06 = = 60/1000 обеспечивает перевод метров в километры, а часов - в минуты.

Интервал скрещения поездов j-1 и j на станции i (рис. 2) составит:

т = t — t ;

ск/j—1i lcMoj—1i lcMoji ’

CKjj—li

т + т + т

__ wpMji овых/—1i B3Mj—li

60

где трм/,= tpMnji— W - длительность размыкания последней секции маршрута приема приоритетного поезда j на станцию скрещения i, продолжительность которой равна разности моментов времени размыкания последней изолированной секции маршрута и ее освобождения поездом j, с; то -—1(. - затраты времени на передачу информации поездному диспетчеру, принятие решения, передачу и выполнение команды на открытие выходного светофора для отправления останавливаемого поезда j-1 со станции скрещения i, с; т ■—1(. - затраты времени на восприятие машинистом открытия выходного светофора и занятие поездом j-1 первой изолированной секции маршрута отправления, с.

Алгоритмическое описание решений по выбору станции скрещения

В результате исследования процесс принятия и выполнения решения поездным диспетчером или автоматическим устройством по выбору станции скрещения при условии безостановочного проследования приоритетного поезда j можно представить в виде следующего алгоритмического описания:

F02 S01 С01 С02 С03 A0\P0\B0\D0\ С04В02 (В01)С05 С06

С07 A02P02B03 W01S02S03 W02S04S05S06S07S08 W03S09S10 С08В02 (В0з)С09 С10 С11 А03Р03В04 W04S11S12 W05S13S14 -W17 W06S18S19 С12В02 (^13 С14 С15 A04P04B05 W07S20S21W08S22S23S24S25S26W09S27S28 С16 В02 (В05^

В алгоритме использованы следующие операторы и логические условия:

S01 - получение информации о встречных поездах j и j-1, поступающих на станции i+1 и i-1;

С01 - прогноз перегонного времени хода поездов j и j-1 от станций i+1 и i-2 до станции i-1;

С02 - прогноз времени прибытия поездов j и j-1 на станцию i-1 с учетом времени на замедление при остановке на станции скрещения i-1;

С03 - расчет ожидаемого и нормируемого интервалов неодновременного прибытия поездов j и j-1 на станцию скрещения i-1;

A01 - сравнение ожидаемого и нормируемого интервалов неодновременного прибытия поездов j и j-1 на станцию скрещения i

тнпо/7'—1i—1 тнпн/7 —1i > 0 ;

P01 - выполняется условие т j—1i—1 < • < тнпн.—1i—1, при которым не допускается скрещение поездов j и j-1 на станции i-1, и необходимо выполнить скрещение на станции

i-2;

D01 - переговоры с диспетчером соседнего участка о выполнении скрещения на станции i-2;

С04 - расчет фактического перегонного времени хода поезда j-1 между станциями i-2 и i-1 как разности моментов времени освобождения поездом маршрута приема и занятия первой секции маршрута отправления с предыдущей станции;

В02 - переход к организации пропуска поездов j и j-1 после скрещения на станции i-2;

В01 - условие P01 не ВЫПОЛШЮТСЯ, т нпо/j—1i—1 > > тнпн.—1i—1, это позволяет определить возможность скрещения на станции i-1 с помощью операторов, расположенных за (В01);

2015/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

53

С05 - прогноз перегонного времени хода поездов j-1 и j от станций i-1 и i+1 до станции i;

С06 - прогноз времени прибытия поездов j-1 и j на станцию i с учетом затрат времени на замедление при остановке T3j-1i;

С07 - расчет нормируемого и ожидаемого интервалов неодновременного прибытия поездов j и j-1 на станцию i;

А02 - сравнение нормируемого ожидаемого интервалов неодновременного прибытия поездов j-1 иj на станцию i XHn0jj-1i — THnHj,j-1i > 0;

P02 - выполняется условие т ,-—1(- < < т ,—1i, поэтому необходимо выполнить скрещение на предыдущей станции участка i-1;

W01 - команда открыть входной светофор на станции i-1 поезду j-1 с остановкой для скрещения с поездом j;

502 - получение информации об освобождении последней секции маршрута приема останавливаемым поездом j-1 на станции i-1 и времени этого события t0Mnj—и—1;

503 - получение информации о размыкании последней секции маршрута приема останавливаемого поезда j-1 на станцию i-1 и времени этого события tpMnj—1i—1;

W02 - команда открыть входной и выходной светофоры для безостановочного проследования приоритетного поезда j по станции скрещения i-1;

504 - получение информации об открытии входного и выходного светофоров для проследования поезда j по станции i-1 скрещения и времени этого события ?овыхд-1 , t0Bxji—1;

505 - получение информации о последовательном занятии прибывающим на станцию i-1 поездом j первого и второго участков приближения, изолированных секций маршрута и о пути приема, фиксация времени этих событий;

506 - получение информации о времени освобождения прибывающим поездом j последней изолированной секции маршрута приема на станцию i-1;

507 - получение информации о времени размыкания прибывающим поездом j послед-

ней изолированной секции маршрута приема на станцию i-1;

508 - получение информации о времени занятия прибывающим поездом j первой изолированной секции маршрута отправления со станции i-1;

W03 - команда открыть выходной светофор для отправления остановленного поезда j-1 со станции скрещения i-1;

509 - получение информации о времени открытия выходного светофора остановленному поезду j-1;

510 - получение информации о времени занятия первой секции маршрута отправляемым поездом j-1;

C08 - расчет фактического перегонного времени хода поездов j и j-1 между станциями i-1 и i-2, i-1 и i как разности моментов времени освобождения поездом маршрута приема и занятия первой секции маршрута отправления с предыдущей станции;

B02 - безусловный переход к операторам алгоритма после скрещения поездов в пределах станций i-1, i, i+1, расположенных за оператором (B02);

B03 - условие P02 не выполняется, ^о,—и > > TH-aHjj—u, это позволяет определить возможность скрещения на станции i с помощью операторов, расположенных за (B03);

С09 - прогноз перегонного времени хода поездов j-1 и j от станций i и от i+2 до станции i+1;

С10 - прогноз времени прибытия поездов j-1 и j на станцию i+1 с учетом затрат времени на замедление при остановке т3,—1i+1;

С11 - расчет нормируемого и ожидаемого интервалов неодновременного прибытия поездов j и j-1 на станцию i+1;

А03 - сравнение нормируемого и ожидаемого интервалов неодновременного прибытия поездов j-1 и j на станцию i+1 т ,—1i+1 — —Т > 0-

P03 - выполняется условие THno7j—1i+1 <

< TH-aHjj—\i+1, поэтому необходимо выполнить скрещение на предыдущей станции участка i;

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2015/2

54

Современные технологии - транспорту

W04 - команда открыть входной светофор на станции i поезду j-1 с остановкой для скрещения с поездом j;

Su - получение информации об освобождении последней секции маршрута приема останавливаемым поездом j-1 на станции i и времени этого события /омп/ _1(.;

512 - получение информации о размыкании последней секции маршрута приема останавливаемого поезда j-1 на станцию i и времени

этого события tpMnj _1i;

W05 - команда открыть входной и выходной светофоры для безостановочного проследования приоритетного поезда j по станции скрещения i;

513 - получение информации об открытии входного и выходного светофоров для проследования поезда j по станции i скрещения

и времени этого события toBblxji, toBxji_1;

514 - получение информации о последовательном занятии прибывающим на станцию i поездом j первого и второго участков приближения, изолированных секций маршрута и пути приема, фиксация времени этих событий;

515 - получение информации о времени освобождения прибывающим поездом j последней изолированной секции маршрута приема на станцию скрещения i;

516 - получение информации о времени размыкания прибывающим поездом j последней изолированной секции маршрута приема на станцию скрещения i;

517 - получение информации о времени занятия прибывающим поездом j первой изолированной секции маршрута отправления;

W06 - команда открыть выходной светофор для отправления остановленного поезда j-1 со станции скрещения i;

518 - получение информации о времени открытия выходного светофора остановленному поездуj-1;

519 - получение информации о времени занятия первой секции маршрута отправляемым поездом j-1;

Cj2 - расчет фактического перегонного времени хода поездов j и j-1 между станциями i

и i-1, i и i+1 как разности моментов времени освобождения поездом маршрута приема и занятия первой секции маршрута отправления с предыдущей станции;

B02 - безусловный переход к операторам алгоритма после скрещения поездов в пределах станций i-1, i, i+1, расположенных за оператором (B02);

B04 - условие P03 не ^ОТНЯвТСя THnojj_1i+1 > > THnHjj _1i+1, это позволяет определить возможность скрещения на станции i+1 с помощью операторов, расположенных за (B04);

С13 - прогноз перегонного времени хода поездов j-1 и j от станций i-1 и i+1 до станции i+2;

С14 - прогноз времени прибытия поездов j-1 и j на станцию i+2 с учетом затрат времени на замедление при остановке T3j_1i+2;

С15 - расчет нормируемого и ожидаемого интервалов неодновременного прибытия поездов j и j-1 на станцию i+2;

А04 - сравнение нормируемого и ожидаемого интервалов неодновременного прибытия поездов j-1 и j на станцию i+2 т j_1i+2 _

_ т > 0-1нпнуу'_1i+2 _

P04 - выполняется условие тнпо/j_1i+2 <

< T j_1i+2, поэтому необходимо выполнить

скрещение на предыдущей станции участка i+1;

W07 - команда открыть входной светофор на станции i+1 поезду j-1 с остановкой для скрещения с поездом j;

520 - получение информации об освобождении последней секции маршрута приема останавливаемым поездом j-1 на станции i+1 и времени этого события tOMnj _и+1;

521 - получение информации о размыкании последней секции маршрута приема останавливаемого поезда j-1 на станцию i+1 и времени этого события tpMnj _1i+1;

W08 - команда открыть входной и выходной светофоры для безостановочного проследования приоритетного поезда j по станции скрещения i+1;

522 - получение информации об открытии входного и выходного светофоров для про-

2015/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

55

следования поезда j по станции i+1 скрещения и времени этого события tOBUXji+l, tOBXji+l;

523 - получение информации о последовательном занятии прибывающим на станцию i+1 поездом j первого и второго участков приближения, изолированных секций маршрута и пути приема, фиксация времени этих событий;

524 - получение информации о времени освобождения прибывающим поездом j последней изолированной секции маршрута приема на станцию скрещения i+1;

525 - получение информации о времени размыкания прибывающим поездом j последней изолированной секции маршрута приема на станцию скрещения i+1;

526 - получение информации о времени занятия прибывающим поездом j первой изолированной секции маршрута отправления;

W09 - команда открыть выходной светофор для отправления остановленного поезда j-1 со станции скрещения i+1;

527 - получение информации о времени открытия выходного светофора остановленному поездуj-1;

528 - получение информации о времени занятия первой секции маршрута отправляемым поездом j-1;

С16 - расчет фактического перегонного времени хода поездов j и j-1 между станциями i+1 и i, i+1 и i+2 как разности моментов времени освобождения поездом маршрута приема и занятия первой секции маршрута отправления с предыдущей станции;

B02 - безусловный переход к операторам алгоритма после скрещения поездов в пределах станций i-1, i, i+1, расположенных за оператором (B02);

B05 - условие P04 не Тнпогы,-+2 >

> THnHj-1i+2, это позволяет определить возможность скрещения на других станциях соседнего участка.

Заключение

Предложен метод алгоритмического описания принятия решений поездным диспетчером о выборе станций скрещения с учетом приоритета поездов и их параметров. Алгоритм предназначен для использования при построении автоматизированных систем информационного обеспечения поездных диспетчеров и управления движением поездов.

Библиографический список

1. Инструкция по определению станционных и межпоездных интервалов. - М., 2011.

2. Инструкция по разработке графика движения поездов в ОАО «РЖД». - М., 2006. - 179 с.

3. Кокурин И. М. Нормы времени и нормативы численности маневровых (станционных) диспетчеров, дежурных и операторов железнодорожных станций / И. М. Кокурин, А. Б. Никитин, Н. А. Сапунов и др. // Сб. Проектного и внедренческого центра организации труда МПС. - М., 1990. - 98 с.

4. Кокурин И. М. Определение длин диспетчерских участков в условиях автоматизации управления железнодорожными перевозками / И. М. Кокурин // Транспорт : наука, техника, управление. -1992. - № 4. - С. 9-12.

5. Кокурин И. М. Теория и методы обоснования уровня автоматизации управления процессами перевозок на основе систем железнодорожной автоматики и телемеханики : дис. ... докт. техн. наук : 05.22.08 / И. М. Кокурин. - Л., 1986. - 322 с.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2015/2