CC BY
241
Современные технологии - транспорту
27
УДК 656.022.5 А. М. Горбачёв
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИНТЕЗА РАСПИСАНИЙ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
Необходимость оперативно принимать решения и повышать эффективность работы обусловливают внедрение современных систем повременного и порейсового учета работы подвижного состава. Основным документом для организации учета подвижного состава является расписание движения. Построение расписания вручную занимает от нескольких часов до нескольких дней и является слабо формализованным процессом. Для автоматизации составления расписаний была разработана система автоматизированного построения расписаний движения трамваев и троллейбусов (САПР РДТТ). Программа строит расписания в различных режимах и формирует выходные документы на основе базы технической документации.
городской транспорт, расписание, автоматизация.
Введение
Высокие темпы технического прогресса и необходимость повышения эффективности работы предприятий городского электротранспорта побуждают к внедрению современных систем порейсового учета работы подвижного состава. При этом основным документом, который регламентирует работу транспортных средств на линии, является расписание движения (аналог графика движения на железной дороге).
Построение расписаний представляет собой длительный процесс: в зависимости от сложности расписания (число парков, число нарядов) - от нескольких часов до нескольких дней. Учитывая большое количество маршрутов (в общей сложности более 40 трамвайных и столько же троллейбусных), автоматизация этого процесса обеспечивает значительную экономию времени инженеров производственно-технических отделов.
Общепринятой формой представления расписания городского электрического транспорта в России является таблица, строками которой являются наряды движения, а в ячейках
содержится время прибытия и отправления с конечных станций и из парков (рис. 1).
Ручная технология построения расписаний представляет собой сложный итерационный процесс, отдельные этапы которого практически не формализованы, и результат в значительной мере зависит от квалификации составителя.
1 Технология построения расписаний
1.1 Исходные данные
Исходные данные для построения расписания:
• {S} - множество контрольных точек (парков, отстойных площадок и конечных станций), между которыми осуществляется движение (географическая информация и дополнительные атрибуты контрольных точек);
• {T} - множество матриц, представляющих время хода по периодам суток между контрольными точками;
• {N} - вектор, в котором содержится распределение подвижного состава по категориям. Категории определяют время работы на
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/4
28
Современные технологии - транспорту
Рис. 1. Таблица расписания движения
линии подвижного состава, количество смен в данном наряде и другие характеристики, относящиеся к режиму труда и отдыха (рис. 2).
Элементы в матрицах {Г} (время движения по периодам суток) уже содержат в себе всю необходимую информацию о плановых задержках в движении (время стоянки на остановках общественного транспорта, планируемые задержки, вызванные заторами в движении, и т. д.).
Использование в построении расписания дискретных значений времени (с точностью до минуты) по разным периодам суток ведет к появлению задачи обратного отсчета, т. е. задачи, когда необходимо рассчитать время отправления по заданному времени прибытия rdep и матрицам из множества {Г}. Учитывая,
что в {Г} значения дискретные, может оказаться, что в прошлом не существовало такого значения времени, при котором выполнялось бы равенство. Для решения этой задачи был разработан итерационный алгоритм, минимизирующий ошибку.
Применение при построении расписания показателя времени пробега между контрольными точками обусловлено необходимостью учета различных задержек в движении - прежде всего, заторов из-за движения электротранспорта в общем потоке вместе с автомобилями. Это является одним из основных отличий исходных данных отечественной технологии построения расписаний от зарубежной. В частности, в Германии время пробега между конечными станциями маршрута является ве-
2014/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
29
Рис. 2. Информация о подвижном составе по категориям
личиной, которую рассчитывает исходя из особенностей подвижного состава (допустимых скоростей), верхнего строения пути (уклонов, радиусов кривых и т. д.) и пассажиропотока, или - в упрощенном случае - на основе средних скоростей. Влияние заторов в движении, вызванных, прежде всего, потоком автомобильного транспорта, не учитывают в связи с тем, что рельсовый транспорт в Европе, как правило, движется по выделенным линиям.
Далее на основе множеств {S}, {T} и {N} и - при необходимости - дополнительной информации об организации движения строят таблицу расписания, т. е. рассчитывают значения времени прибытия на контрольные точки и отправления с них, исходя из равномерности интервалов между отправками с конечных станций и правилами предоставления различных типов стоянок (обедов, технических стоянок и т. д.).
1.2 Технология построения расписания
Перед построением расписания для обеспечения равномерности движения рассчитывают начальный интервал:
r _ Tr + St1 + St 2
1 ~ , (1) n
где I - рекомендуемый интервал; Tr -время пробега по трассе между первой и второй конечными станциями, которые содержатся в {T}; St1 и St2 - рекомендуемые стоянки на первой и второй конечных станциях, соответственно, являются атрибутами соответствующих конечных станций из множества {S}; n - число единиц подвижного состава, которые планируется выпустить утром из вектора {N}.
Далее организуют выпуск подвижного состава наутро с учетом рассчитанного начального интервала. Для этого выбирают приоритетную станцию выпуска для каждого парка - ту, которая расположена ближе всего к данному парку.
Время первого отправления для каждой конечной станции Tst рассчитывают как
Tst = max (Tendstj; Tpist + (_)
+ RunTime (Tpist, Tij)), ( )
где Tendstj - время начала работы j-й станции; Tpist - время начала работы i-го парка; RunTime (Tstart, M) - функция прямого отсчета времена пробега от парка до конечной станции, в которой Tstart - время начала отправления, M - соответствующая матрица
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/4
30
Современные технологии - транспорту
времени пробега; Tij - матрица времени пробега между парком i и станцией j.
После выпуска первой единицы подвижного состава выпускают последующие с интервалом, равным начальному. Выпуск на линию из различных парков осуществляют исходя из необходимости обеспечения равномерных интервалов на линии (с учетом точки слияния парковых трасс с основой), принимая во внимание действующие ограничения (начало работы первой и второй конечных станций, открытие парков).
После выхода утром подвижной состав движется с равномерными интервалами до момента выпуска следующих категорий подвижного состава из множества {N}. Новые единицы подвижного состава выпускают в промежутках между транспортным средствами, работающими на линии, как правило, в полуинтервале.
При этом в середине рабочей смены (если смена не предполагает разрывов в работе) поездной бригаде (водителю и кондуктору) должен быть предоставлен обеденный перерыв. В связи с тем, что подвижной состав одной категории выпускался последовательно с заданным интервалом, обеденный перерыв, как правило, тоже предоставляется последовательно (во время одного и того же круга движения). Таким образом, возникает понятие серии обедов. Серия обедов - это последовательность перерывов водителей и кондукторов, как правило, подвижного состава одной категории. Наиболее типичными для трамвайных и троллейбусных расписаний являются серии утренних и вечерних обедов.
1.3 Проблема неравномерности интервалов движения
Во время обеденных перерывов поездных бригад подвижной состав простаивает на конечных станциях. Закрепление водителей за подвижным составом является еще одной важной технологической особенностью построения расписаний на постсоветском пространстве. Это связано, в первую очередь,
со значительным физическим и моральным устареванием вагонов и неравномерным качеством подвижного состава, эксплуатируемого на линии. Увеличенные стоянки во время перерывов создают неравномерные интервалы движения.
Для решения этой проблемы используют различные подходы: предоставляют сокращенные перерывы, входящие во время работы водителей и кондукторов для трамваев, выпускают на линию новые единицы подвижного состава взамен вставших на обед. Использование различных методов выравнивания интервалов на практике в различных сочетаниях ведет к тому, что процесс составления расписания становится эвристическим и неформализованным, когда решение об использовании того или иного метода составитель принимает в зависимости от индивидуальных особенностей расписания (например, возможность наложения спусков и выпусков подвижного состава для различных категорий) и квалификации самого составителя.
2 Автоматизация синтеза расписаний
городского электротранспорта
2.1 Зарубежная и отечественная практика решения проблемы равномерности интервалов
В практике работы железных дорог и метрополитенов, а также на городском электрическом транспорте за рубежом (в частности, в Европе), отсутствует закрепление поездных бригад за подвижным составом: во время перерывов в работе одной бригады движением транспортного средства управляет другая бригада. В результате организации смен бригад интервалы в расписании могут быть одинаковыми на протяжении всего движения и регулироваться в зависимости только от пассажиропотока. Однако в этом случае большую сложность приобретает составление расписания водителей, появляется задача распределить поездные бригады по транспортным средствам и минимизировать число во-
2014/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
31
дителей и кондукторов. Указанные различия в технологии составления расписаний в России и за рубежом обусловливают необходимость создания специализированного программного обеспечения для решения этой задачи.
Полное повторение ручной технологии построения расписания при создании алгоритмов автоматизированного и автоматического построения расписаний невозможно в силу разделения задачи на большое количество индивидуальных случаев и большой эвристической составляющей.
2.2 Алгоритмизация синтеза расписаний движения
Для решения задачи составления расписаний используют различные математические методы, подробнее изложенные в [1,2]. Большинство этих методов основано на различных технологиях поиска и перебора вариантов, требующих значительных затрат машинного времени при выполнении расчетов.
Задачу построения разделили на две подзадачи: синтез структуры расписания и выравнивание интервалов. На первом этапе синтезируется структура расписания в соответствии с технологией ручного построения расписания, время прибытия рассчитывается исходя из времени пробегов по трассе, время отправления - на основе рекомендуемых стоянок без учета требования равномерности интервалов, время выпуска подвижного состава из парков и спуска подвижного состава в парк - на основе рассчитанных значений прибытия и отправления с конечных станций.
На втором этапе выравнивают интервалы.
В цикле по каждой конечной станции для каждого времени отправления Tdepij, где i -номер наряда в таблице расписания, j - номер стоянки, рассчитывают новое значение времени отправления - такое, чтобы обеспечивать максимально равномерные интервалы по всему расписанию и выполнять ограничения сверху и снизу:
Tdepl < Tnewdepij < Tdep2, (3)
где Tdepl - ограничение снизу (например, время отправления предыдущего транспортного средства с данного конечной станции); Tdep2 - ограничение сверху (например, время отправления следующего транспортного средства с данной конечной станции).
При этом отправки различных типов Tnewdepij были распределены по группам в зависимости от приоритетов Pr. Приоритеты Pr назначают в зависимости от типа конечной станции. Конечные станции могут быть распорядительными, т. е. такими, на которых возможна относительно большая стоянка (как правило, около 5-10 минут), и оборотными (как правило, стоянка 0-2 минуты).
Максимальное значение приоритета Pr принимают для значений времени отправления с приоритетной распорядительной конечной станции на другую распорядительную или оборотную:
Pr (Tnewdepij) = max, (4)
где Tnewdepij - время отправления с приоритетной распорядительной конечной станции.
Минимальное значение приоритета принимается для значений времени отправления с конечной станции в парк:
Pr (Tnewdepij) = min,
где Tnewdepij - время отправления с конечной станции в парк.
Значения отправлений выравнивают в порядке снижения приоритетов.
После выравнивания времени отправлений пересчитывают зависимые параметры: время прибытия на конечные станции, отправления из парков прибытий и т. д.
Указанные алгоритмы были реализованы в САПР РДТТ, где возможны следующие режимы построения расписания движения:
• ручной - пользователь вручную добавляет наряды и рейсы, автоматически рассчитывается только время пробегов на основе {T}
и {S};
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/4
32
Современные технологии - транспорту
• автоматизированный - пользователь вручную формирует структуру расписания, интервалы выравниваются автоматически;
• автоматический - пользователь задает (T), (S), (Ж) и - при необходимости - дополнительную информацию об организации движения, а система автоматически формирует расписание движения.
Заключение
На основе построенного сотрудниками производственно-технического отдела службы движения ГУП «Горэлектранс» расписания формируется более 50 различных документов, наиболее важными из которых являются «Водительская карточка», «Контрольные засечки», «Наряд выпуска подвижного состава» и некоторые другие. В числе прочего благодаря этим документам осуществляются сверки времени выхода подвижного состава с конечных станций и из парков, а также одновременного предоставления обеденных перерывов на конечных станциях.
«Водительское расписание» (или «водительская карточка») является основным документом, на основе которого поездная бригада работает при движении по маршруту. При нынешней технологии построения расписаний с закреплением поездных бригад за транспортными средствами содержимое этого документа однозначно определяется расписанием.
Учитывая текущую потребность в импортозамещении, разработанная система полностью состоит из библиотек с открытым исходным кодом и компонент, права на которые принадлежат отечественным разработчикам.
САПР РДТТ используется в СПб ГУП «Гор-электротранс» для построения расписаний трамвайных и троллейбусных маршрутов с 2008 г. По результатам последних испытаний, проведенных сотрудниками производственнотехнического отдела службы движения СПб ГУП «Горэлектротранс» совместно с разработчиками программы в 2013 г., производительность труда при составлении расписания повысилась в 6-8 раз в зависимости от типа расписания.
Библиографический список
1. Искусственный интеллект. Стратегии и методы решения сложных проблем / Дж. Ф. Люггер. -Москва : Вильямс, 2005. - 864 с.
2. Полиномиальный алгоритм построения расписания грузовых перевозок одним локомотивом между тремя железнодорожными станциями / А. А. Карпычев. - URL: http://www.orsot.ru/index. php/ru/blog/item/polinomialnyi-algoritm-postroeniya-raspisaniya-gruzovykh-perevozok-odnnim-lokomo-tivom-mezhdu-tremya-zheleznodorozhnymi-stantsi-yami (дата обращения 1.11.2014).
2014/4
Proceedings of Petersburg Transport University
