Бородин А.Ф., Сушенцева Л.Б., Щепанов А.Л., Пояркова М.А., АО «ИЭРТ», г. Москва Сафронов А.И., МГУПС (МИИТ) Императора Николая II, г. Москва

Автоматизация расчёта заданий на разработку графика движения грузовых поездов на основе плана их формирования

График движения грузовых поездов как технологическая основа перевозочного процесса должен обеспечивать высокие технико-экономические показатели в течение всего периода его действия при безусловном выполнении технических ограничений. Важность этих условий возрастает с переходом ОАО «РЖД» на принципы организации эксплуатационной работы на полигонах сети. С целью выполнения этих условий автоматизация расчёта заданий для разработки графика движения грузовых поездов на основе плана их формирования предусматривает:

- оценку реализуемости прогнозных вагонопотоков на предстоящий год с учётом ограничений инфраструктуры и тяговых ресурсов;
- генерирование расчётных поездных корреспонденции для разработки нормативного графика движения грузовых поездов с учётом вариантных режимов направления вагонопотоков (учитывающих выделенные календарные периоды проведения ремонтных и строительно-монтажных работ, а также интенсивного пассажирского движения на заданных направлениях);
- оценку размеров поездных корреспонденции, планируемых для курсирования по специализированным расписаниям, и возможности прокладки указанных расписаний для специализированных грузовых поездов;
- расчёт экономически целесообразного числа ниток графика, обеспечивающих устойчивый вывоз поездов с сортировочных, участковых и стыковых станций;
- составление таблиц поездопотоков для построения графика.

Указанные комплексы задач введены в эксплуатацию в составе Имитационной ресурсной модели использования инфраструктуры ОАО «РЖД» (АС ПРОГРЕСС) и пилотной версии Интегрированной системы автоматизированной разработки технологии перевозочного процесса при движении грузовых поездов по расписанию (ИСАРТ).

АС ПРОГРЕСС в части рассматриваемого функционального развития включает в себя следующие комплексы задач:

- взаимодействие с внешними системами;
- генерирование вариантов исходных данных годовых расчётов;
- расчёт уменьшения допустимых размеров грузового движения по календарным периодам ремонтно-путевых работ по данным об объёмах работ на титульных участках;
- расчёт изменения допустимых размеров грузового движения при изменениях размеров и периодичности движения пассажирских поездов на участках по календарным периодам;
- анализ результатов и вычисление итоговых показателей годовых расчётов;
- генерирование выходных данных для ИСАРТ. Алгоритмы генерирования вариантов исходных данных годовых расчётов предусматривают:

1) генерирование расчётных вариантов шахматок гружёных вагонопотоков по заданным календарным периодам (интерактивная процедура распределения годовых объёмов погрузки по месяцам на основе исполненных объёмов текущего года с поправкой на новые параметры перевозок, представ-ленные ЦФТО);
2) генерирование расчётных вариантов технологии перевозочного процесса по заданным календарным периодам (интерактивная процедура создания вариантов технологии работы сети, включающих распределение окон на направлениях по заданным календарным периодам, организации вагонопотоков и их отклонения от лимитирующих участков и станций, технологии тягового обслуживания, вариантные ограничения по мощности объектов инфраструктуры).

Алгоритмы анализа результатов и вычисления итоговых показателей годовых расчётов предусматривают:

1) расчёт инфраструктурных ограничений для корректировки годовой шахматки;
2) расчёт показателей объёмов передачи поездов, гружёных и порожних вагонов по стыкам и параметров использования подвижного состава (гружёного и порожнего);
3) генерирование результирующего варианта расчётных поездопотоков.

Алгоритмы генерирования выходных данных для ИСАРТ предусматривают подготовку таблиц поездопотоков для расчёта заданий на разработку графика движения поездов (в части ниток сквозных и участковых грузовых поездов и в части ниток грузовых поездов, специализированных по назначениям).

Назначением Интегрированной системы автоматизированной разработки технологии перевозочного процесса при движении грузовых поездов по расписанию (ИСАРТ) является автоматизированная разработка нормативно-технологической модели перевозочного процесса, которая должна содержать единое формализованное описание назначений плана формирования поездов (включая отправительские маршруты) и направлений их пропуска, норм веса и длины, серий локомотивов, порядка тягового обслуживания поездов и технического обслуживания составов в пути следования, ниток нормативного графика движения поездов, а также для поддержания указанной модели в актуальном состоянии и для оптимизации её параметров. При этом расчёт схем грузовых поездопотоков для составления графика движения должен устанавливать число и специализацию ниток грузовых поездов по категориям поездов и периодичности их обращения, в увязке с планом формирования, тяговым обслуживанием, взаимодействием станций примыкания с путями необщего пользования, структурой оперативного планирования поездной работы.

Алгоритмы автоматизированного расчёта проектов заданий для разработки графика движения грузовых поездов на основе плана их формирования предусматривают:

- расчёт экономически целесообразного числа ниток графика, обеспечивающих устойчивый вывоз поездов с сортировочных, участковых и стыковых станций;
- определение числа ниток грузовых поездов, прокладываемых в графике и обеспечиваемых локомотивами, по участкам и стыковым пунктам с учётом ограничений по технической вооружённости;
- определение рационального числа безобгонных ниток для поездов повышенного веса и длины;
- составление таблиц графиковых поездопотоков для построения графика, в том числе с жёстко специализированными расписаниями для выделенных категорий поездов; с обеспечением сквозной про-кладки грузовых поездов в пределах полигона сети;
- генерирование таблиц базы данных, необходимых для использования в системе разработки графика движения поездов;
- генерирование выходных форм регионального и сетевого уровня.

Автоматизированный расчёт проектов заданий на разработку графика движения грузовых поездов на основе плана формирования предусматривает последовательность решения задач, которая указана на рисунке 1.



Структурно ИСАРТ состоит из трёх взаимодействующих между собой звеньев:

- базы данных, размещённой на удалённом сервере;
- графической оболочки - тонкого клиента, размещённого на локальном персональном компьютере (ПК);
- серверных приложений, размещённых на удалённом сервере.

Исходя из вышесказанного, речь идёт о трёхзвенной клиент-серверной архитектуре типовой информационной системы управления (ИСУ).

База данных содержит следующие основные сведения в домене ИСАРТ (DNISART):

- перечень станций со сплошной сменой нумерации ниток;
- перечень элементов матриц специализации узлов;
- перечень известных назначений за предшествующий период;
- перечень путей следования назначений за предшествующий период;
- перечень рассчитанных назначений;
- перечень путей следования рассчитанных назначений;
- перечень вариантов расчёта заданий на построение графика движения поездов (ГДП).

Графическая оболочка загружается на персональный компьютер пользователя посредством гипертекстового протокола, распознаваемого любым браузером, предустановленном на персональном компьютере.

Работа системы укладывается в рамки следующего технологического алгоритма:

- ввод параметров аккаунта (логин и пароль),
- выбор варианта расчёта задания на построение ГДП,
- проверка матриц специализации узлов и корректировка их содержимого в случае необходимости,
- сохранение станций со сплошной сменой нумерации поездов,
- выполнение расчёта задания на построение ГДП,
- просмотр полученных результатов, оценка их адекватности.

Согласно планам модульного развития ИСАРТ предполагается использование нескольких серверных приложений, выполняющих различные расчёты, необходимые для подготовки задания на построение графика движения поездов. В настоящий момент полностью реализовано одно из запланированных серверных приложений, так называемое «Ядро ИСАРТа».

Цель функционирования ядра состоит в расчёте назначений специализации ниток графика (с размерами движения) и путей следования этих назначений, необходимых для последующего построения графика движения поездов. «Ядро ИСАРТа» для получения исходной информации и для записи полученных результатов взаимодействует с таблицами базы данных.

Работа алгоритмов внутри «Ядра ИСАРТа» выполняется со входными векторами, каждый из которых представляет собой элемент таблицы-матрицы специализаций. Собственное значение элемента, определяющего потребное количество сквозных ниток, пропускаемых по участку, содержится в элементе вектора «Мощность поездопотока (сквозного / участкового), проходящего через рассматриваемый узел», он и подвергается пересчёту, а также последующему преобразованию. Остальные элементы позволяют предоставлять информацию в понятном для чтения виде, а также обеспечивать проверку соответствия установленным условиям реализуемости и реализации.

Входные векторы объединены в коллекцию входных векторов, обладающую конечной длиной, зависящей от количества наполняющих её элементов.

Собираемые назначения специализации ниток графика ограничиваются станциями сплошной смены нумерации ниток.

Векторы станций со сплошной сменой нумерации ниток объединены в коллекцию станций со сплошной сменой нумерации ниток, обладающую конечной длиной, зависящей от количества наполняющих её элементов.

Итоговый результат расчёта характеризуется полученным назначением специализации ниток графика и соответствующим ему путём следования. Параметры вектора, характеризующие назначения следующие:

1. Код варианта расчёта задания на построение графика движения поездов.
2. ESR-код узла отправления.
3. Наименование узла отправления.
4. ESR-код узла прибытия.
5. Наименование узла прибытия.
6. Тип назначения, род поезда «сквозной» / «участковый».
7. Количество ниток графика в назначении.
8. Протяжённость назначения - количество элементов в пути следования, связанным с назначением.

Векторы назначений объединены в коллекцию назначений, обладающую конечной длиной, зависящей от количества наполняющих её элементов.

Глобально «Ядро ИСАРТа» как программное обеспечение состоит из следующих функциональных блоков (обобщённый алгоритм):

1. Блока формирования начальных условий (блока получения исходной информации из базы данных).
2. Блока обработки сквозных элементов в матрицах специализации.
3. Блока обработки промежуточных результатов расчёта назначений, составленных по сквозным элементам матриц специализации.
4. Обработки участковых элементов матриц.
5. Объединения результатов расчёта сквозных и участковых элементов.
6. Формирования окончательных результатов.
7. Записи результатов в базу данных. Наибольшую интеллектуальную нагрузку при работе системы несут второй и четвёртый блоки.

Детализируем их рассмотрение.

В блоке обработки сквозных элементов матриц специализации по порядку рассматриваются все элементы матриц специализации железнодорожной сети. Элементы упорядочены по мощности поездопотока в порядке убывания. Элементы проверяются на непротиворечивость и полноту.

По каждому элементу определяется число ниток графика с учётом суточной неравномерности. Пересчёт выполняется по следующей формуле:

nгр{i} = [n{i} + 1,5 * ((28 * n{i}) / (200 + n{i}))],

i - индекс элемента матрицы специализации в рассматриваемой коллекции элементов матрицы специализации;
nгр[i] - потребное количество ниток, которое необходимо пропустить при следовании от узла отправления к узлу прибытия через рассматриваемый узел;
n[i] - мощность поездопотока (сквозного / участкового), проходящего через рассматриваемый узел;
[] - оператор выделения целой части в полученном результате.

В блоке проверяется принадлежность элементов полигону или всей железнодорожной сети в зависимости от условий запуска расчёта. В случае, если рассматриваемый элемент удовлетворяет ограничениям, по нему формируется новый путь следования вида:

[узел отправления] - [рассматриваемый узел] - [узел прибытия]

Базовые ограничения, накладываемые на элемент, корректируются в зависимости от сложившейся ситуации в процессе расчёта по соответствию условиям реализуемости; дополнительная, более сложная корректировка выполняется для узлов-развилок.



В основе лежат различные способы удлинения формируемого пути следования посредством наложения его на существующие согласно одной из схем (схемы, содержащие принципиальные для работы алгоритма отличия, проиллюстрированы):

- по совпавшим двум узлам на конце существующего пути следования (рис. 2);
- по совпавшим трём узлам на конце существующего пути следования;
- по совпавшим трём узлам в произвольном фрагменте существующего пути следования;
- по совпавшему произвольному количеству узлов на конце существующего пути следования;
- по совпавшему одному узлу на конце существующего пути следования в одном и том же направлении движения (рис. 3);
- по совпавшим двум узлам в начале существующего пути следования;
- по совпавшим трём узлам в начале существующего пути следования;
- по совпавшим трём узлам в произвольном фрагменте существующего пути следования (рис. 4).

Формируемый путь следования, как показано на рисунках, дополняется элементами за счёт существующего пути следования слева или справа. Неопределённостью обладает случай, когда объединить возможно пути следования, совпавшие только одним узлом (см. рис. 3). Для реализации такого объединения необходимо, чтобы формируемый путь следования состоял не более, чем из трёх узлов, и последний третий узел не совпадал с (j-1)-м узлом существующего пути следования, поскольку эта ситуация является движением в противоположном направлении.



Если ни одна из схем объединения не сработала, то путь следования попадает в перечень конечных результатов в исходном виде, состоящем из трёх связанных узлов.



В блоке обработки участковых элементов матриц специализации по порядку в цикле по коллекции рассматриваются все элементы матриц специализации железнодорожной сети, не содержащие признака сквозного элемента, а также принадлежащие полигону или всей железнодорожной сети.

В случае, если рассматриваемый элемент удовлетворяет представленному выше перечню ограничений, по нему формируются новые пути следования вида:

[узел отправления] - [рассматриваемый узел]
и
[рассматриваемый узел] - [узел прибытия]

В том случае, если в процессе апостериорной проверки обнаруживается превышение ограничения (заданного суммарного числа графиковых ниток на участке), количество пропускаемых по назначению ниток сокращается до граничного значения. Если предварительная проверка свела количество пропускаемых ниток в ноль, то назначение в перечень результатов не записывается.

Взаимоувязанные целевые функции комплексов задач обеспечивают:

- при определении графиковых размеров движения - минимум прямых производственных расходов, зависящих от количества ниток грузовых поездов на участках;
- при развязке графиковых ниток грузовых поездов в узлах - минимум поездо-часов ожидания отправления;
- при совмещении расписаний ускоренных и специализированных поездов неежедневного обращения - минимум поездо-километров ниток графика, обеспечивающих выполнение всех запросов на специализированные расписания с согласованной периодичностью.

Преимуществом предлагаемого подхода является взаимоувязка автоматизированных систем и комплексов задач, прежде всего - в части ведения нормативно-технологической модели организации и продвижения транспортных потоков, создающей возможности для эффективного решения задач прогнозирования и планирования поездообразования в узлах и движения на полигонах.

Библиографическая ссылка:

Бородин, А. Ф. Автоматизация расчёта заданий на разработку графика движения грузовых поездов на основе плана их формирования / А. Ф. Бородин, Л. Б. Сушенцева, А. Л. Щепанов, М. А. Пояркова, А. И. Сафронов // Труды пятой научно-технической конференции с международным участием ИСУЖТ. - 17-18 ноября 2016. - С. 114-118.

Лаханкин Е.А., Агеева М.А., Кондальцев И.С., Подорин А.А., АО «ИЭРТ», г. Москва Сафронов А.И., МГУПС (МИИТ) Императора Николая II, г. Москва

Развитие алгоритмов и программных средств проектирования технологии и нормирования работы локомотивов и локомотивных бригад в грузовом движении

Планирование работы локомотивов и локомотивных бригад на различные горизонты заключается в установлении нормативов содержания эксплуатируемого и рабочего парков поездных локомотивов, явочного штата локомотивных бригад для освоения плановых размеров грузового движения.

Методические подходы к решению задач изложены в нормативных документах ОАО «РЖД». Методы установления нормативов на различные горизонты делятся на две группы: аналитические и графо-аналитические.

Для решения задач нормирования в рамках Автоматизированной системы организации вагонопотоков разработана подсистема ведения и корректировки формализованного описания технологии продвижения поездопотоков по участкам обращения локомотивов и работы локомотивных бригад в информационной модели АСОВ (АСОВ-ВКУУ).

Основным назначением подсистемы является автоматизация процесса генерирования сетевой потоковой модели для определения порядка продвижения поездопотоков по сети УОЛ и УРЛБ на основе:

- существующих схем участков обращения локомотивов (с указанием места работы толкачей) и работы локомотивных бригад, принимаемые при составлении нормативного графика движения поездов;
- расположения депо приписки локомотивов;
- принятой системы езды;
- порядка определения степени транзитности поездопотока по техническим станциям;
- норм простоя локомотивов, следующих без отцепки от состава;
- норм времени на выполнение экипировок и ТО-2;
- норм времени нахождения локомотивов на станционных путях с заходом и без захода локомотива на тяговую территорию;
- норм непрерывной продолжительности работы локомотивных бригад;
- норм времени на подготовительно-заключительные операции.

Результатом работы которой является актуальная сетевая потоковая модель для определения порядка продвижения поездопотоков, позволяющая описать технологию тягового обслуживания.

Модель используется для установления нормативов работы локомотивов и локомотивных бригад для планирования на различные горизонты (месяц, год).

На основе результатов работы АСОВ-ВКУУ с использованием программного обеспечения прогноза показателей работы локомотивов и локомотивных бригад на нормативный график движения грузовых поездов АСГОЛ-ГДС (2015) рассчитываются парка локомотивов и явочный контингент локомотивных бригад.

Основным назначением данной системы является комплексная автоматизации на дорожно-сетевом уровне процесса составления оптимальных графиков оборота локомотивов и локомотивных бригад грузового движения и расчёта показателей их использования (согласно перечню формы ЦДЛ-13) для существующих технологий пропуска поездопотока на направлении при различных вариантах тягового обслуживания поездов локомотивами, а последних - сменными локомотивными бригадами с учётом обращения локомотивов, обслуживающих поездные формирования собственников.

Функционирование системы состоит из нескольких взаимоувязанных процессов:

- составление графиков оборота локомотивов грузового движения по участкам обращения локомотивов;
- составление графиков оборота локомотивных бригад, обслуживающих при сменной езде магистральные грузовые локомотивы по участкам работы локомотивных бригад;
- расчёт показателей использования локомотивов и работы локомотивных бригад грузового движения (согласно перечню формы ЦДЛ-13);
- формирование таблиц базы данных, необходимых для решения задач сетевого уровня;
- формирование выходных форм дорожного уровня;
- расчёт потребности в локомотивах и явочном штате локомотивных бригад грузового движения для основных УОЛ, железнодорожных направлений сети, транспортных регионов и сети в целом;
- расчёт показателей использования локомотивов и работы ЛБ грузового движения (согласно перечню формы ЦДЛ-13) для основных УОЛ, железнодорожных направлений, транспортных регионов и сети в целом;
- формирование выходных форм сетевого уровня;
- формирование таблиц базы данных необходимых для решения задач Автоматизированной системы организации вагонопотоков (АСОВ).

Основной процесс, автоматизированный в АСГОЛ-ГДС (2016) - построение графика оборота локомотивов. В общем виде задача составления графика оборота локомотивов ЭП грузового движения на дорожно-сетевом уровне сформулирована следующим образом.

Имеется УОЛ, для которого задан ГДП с указанием времени прибытия и отправления по всем станциям оборота и перецепки, технология пропуска поездов на направлении, технология пропуска поездов на направлении, вариант тягового обслуживания составов поездов, с указанием серий локомотивов, организация работы локомотивных бригад. Требуется так организовать перецепку локомотивов, по станциям и подсылку их резервом, чтобы при соблюдении условия полного вывоза поездов и своевременной постановки локомотивов на техническое обслуживание ТО-2 и экипировку обеспечить минимальные затраты, связанные как с содержанием локомотивного парка, так и выполнения технического обслуживания локомотивов и экипировки.
Математическая постановка и метод решения задачи построения ГОЛ ЭП грузового движения. Имеется находящийся в границах одной или нескольких Дирекций управления движением обслуживаемой закреплёнными сериями локомотивов УОЛ, состоящий из 5 станций и Z участков, расположенных между ними, который представлен ориентированным связным графом (рис. 1).



где P={P[i]} - множество вершин графа G (множество выделенных станций УОЛ, являющихся пунктами оборота или перецепки локомотивов и смены ЛБ), |P|=S; V - множество рёбер графа (множество участков между выделенными станциями), |V|=2*Z.

Каждой i-ой вершине (станции) и каждому j-ому ребру (участку) поставлено в соответствие множество технологических временных и топологических параметров G.

Для участка обращения локомотивов выполняются условия:



где М(Р[m], Р[n]) - маршрут от вершины Р[m] до вершины Р[n]; V[r] - ребро между вершинами Р[r] и P[r+1]; L(G) - длина участка обращения локомотивов, км; l(V[j]) - длина j-го участка в пределах УОЛ, км.

Условия (2)...(4) определяют, что рассматриваемый УОЛ не пересекается с соседними по выделенным участкам, является связным ориентированным графом, длина его находится в установленных границах.

Задано разбиение графа G на подграфы G'[f](f=1,...,Y), каждый из которых представляет собой участок работы локомотивных бригад (УРЛБ), расположенный в границах УОЛ. Каждому f-ому ребру (УРЛБ) поставлено в соответствие множество параметров: n'[f](V'[f]) - размеры грузового движения; c(V'[f]) - схема работы бригад; b(V'[f]) - система езды; a(V'[f]) - категория участка; d(V'[f]) - принцип обслуживания поездов, и другие, то есть заданы наборы весов рёбер графа G[f] (рис. 2). Указывается признак принадлежности УРЛБ к простым или сложным участкам. На рисунке 2 УРЛБ: Б-А, Б-В и К-Д - являются простыми, а остальные - сложными, так как внутри основного УРЛБ имеет один или не-сколько внутренних.



ГОЛ ЭП, обслуживающих заданные ГДП размеры движения в пределах УОЛ, представляет собой замкнутую в суточном масштабе последовательность (одну (график оборота единый) или несколько (график оборота групповой)) прохождения условного локомотива по всем ниткам расписания. Поэтому требуется найти эйлерову линию, то есть цикл, содержащий все ребра графа (с учётом их кратности), причём каждое ребро только по одному разу. Связность и чётность степеней всех вершин графа является необходимым и достаточным условием существования эйлеровой линии. Чётность степеней вершин достигается за счёт парности движения локомотивов по участкам с поездами или одиночным (резервным) порядком.

Таким образом, разработка ГОЛ ЭП грузового движения сводится к составлению последовательности обслуживания всех поездов одним условным локомотивом (ПОПОУЛ).

Длина последовательности показывает за сколько суток один условный локомотив обслужит все поезда, то есть какой является потребность в локомотивах ЭП (М[Э]) для обслуживания графиковых размеров движения. В связи с этим поиск оптимального варианта ГОЛ ЭП для УОЛ сводится к нахождению из всего множества последовательностей такой, при которой минимизируется целевая функция, имеющая вид



где М[Л] - потребность в локомотивах ЭП для обслуживания всех расписаний в ГДП; е[Л] - стоимость 1 локомотиво-часа, руб.; КТО[r] - число заходов локомотивов на r-й ПТОЛ; еТО[r] - стоимость выполнения одного ТО-2 на r-ом ПТОЛе; d - число ПТОЛ; KЭК[j] - число заходов локомотивов на j-ый пункт экипировки локомотивов без выполнения ТО-2; еЭК[j] - стоимость выполнения одной экипировки локомотивов без проведения ТО-2 на j-ом экипировочном пункте, руб.; TФ[K], T[Н] - фактическое и нормативное значение времени периодичности постановки локомотивов на ТО-2, ч; R - общее число маршрутов следования локомотивов между выполненными ТО-2; SФ[K], S[Н] - фактическое по K-ому маршруту и нормативное значение пробега локомотива между вы-полнением ТО-2, км; пФ[f], nН[f] - потребная и наличная пропускная способность f-го ПТОЛ; η| - коэффициент рациональной загрузки ПТОЛ; mТО2 - число ПТОЛ в пределах УОЛ; SЭК.Ф[r], SЭК.Н[r] - фактическое по r-ому маршруту и нормативное значение пробега локомотива между выполнением им экипировок, км; q - общее число маршрутов следования локомотивов между экипировками.

Итерационный алгоритм составления ГОЛ толкачей, функционирует по принципу построчной перестановки ниток, участвующих в обороте. Так, согласно алгоритму, строки таблиц с нитками обоих направлений по итогам перестановки читаются по одному и тому же индексу, а связи ниток в единую последовательность при этом организуются параллельно друг другу.

Принятый алгоритм разветвлён по трём принципиально отличающимся друг от друга ситуациям:

- парности;
- непарности с перевесом в количестве ниток прямого направления;
- непарности с перевесом в количестве ниток обратного направления.

В случае парности в таблице ниток обратного направления выполняется циклическая перестановка элементов до тех пор, пока все связи по строкам таблицы не выстроятся в параллельную схему, то есть для связки ниток прямого и обратного направлений в последовательность не потребуется совершать переход на строку с другим индексом, отличающимся от рассматриваемого. Двух таблиц ниток при такой схеме недостаточно, потому создаётся третья, дополнительная таблица ниток - дубликат таблицы прямого направления, но элементы которой, согласно той же параллельной схеме, выравниваются относительно фиксированного состояния уже изменённой таблицы ниток обратного направления.

Дубликат таблицы ниток прямого направления содержит ссылки на основную таблицу ниток прямого направления, благодаря чему становится понятной схема перехода между строками - индексами таблицы. Так методика поиска последовательности ниток итерационно зацикливается, и признаком выхода из итерационного цикла является момент достижения в дубликате таблицы ниток прямого направления нитки с тем же номером, что и первый элемент последовательности. Так формируется «кольцо» (закольцованная последовательность).

На следующем шаге полученные «кольца» дробятся на смены по принципу непревышения 12 часов работы, при этом контролируется переход через сутки.

Далее предпринимается попытка связать полученные смены между собой, если по тем или иным причинам они оказались короткими. Опыт тестирования составленного алгоритма для различных участков толкания показал, что целесообразно выполнять проверку на возможность сопряжения между собой смены, в том числе, относящиеся к одному и тому же «кольцу».

Связка смен выполняется только при условии обнаружения минимальной длительности простоя локомотива между двумя сменами.

Нарезка смен локомотивных бригад, обслуживающих подталкивающий локомотив, по каждому «кольцу» реализуется с различных моментов начала прохождения «кольца», то есть выбираются различные стартовые нитки. Каждая реализация нарезки смен в обязательном порядке сопровождается последующим объединением коротких смен. В процессе перебора вариантов запоминается количество смен, необходимых для реализации оборота подталкивающих локомотивов на участке толкания, а также общая длительность оборота по времени. Во время перебора определяется значение минимального количества смен. Далее среди вариантов, удовлетворяющих критерию минимального количества смен, участвующих в обороте подталкивающих локомотивов, выбирается один единственный вариант, удовлетворяющий критерию минимальной длительности оборота по времени.

Найденный вариант, согласно упомянутым двум критериям, запоминается, его параметры записываются в базу данных.

Для случаев непарности короткая таблица ниток (или прямого, или обратного направления в зависимости от сложившейся ситуации) сначала дополняется ближайшими парными нитками либо из полного перечня ниток, относящихся к участку толкания, даже если пользователь предварительно не отметил их признаком участия в обороте подталкивающих локомотивов, либо среди ниток представленного в таблице перечня подбирается ближайшая, но используется не в точности она же, а создаётся её сущность-дубликат с пометкой «р», добавленной к номеру нитки, что означает «резерв».

После получения квази-парных перечней ниток начинает работать описанный ранее алгоритм для случая с выявленной парностью.

Для целей месячного нормирования с использованием той же модели, реализованной в АСОВ-ВКУУ, разработана имитационная модель в рамках системы АС ПРОГРЕСС.

В ИМ моделируется работа локомотивных парков на инфраструктуре ОАО «РЖД» (при перемещении рассчитанных поездопотоков с определением резервов и дефицитов поездных локомотивов).

Для расчёта потребного парка исправных локомотивов на планируемый месяц на основе переменной информации о плановых вагонопотоках используются следующие данные: среднесуточные на месяц, планируемые размеры грузового движения по расчётному участку отдельно для каждой категории поездов, а именно: число поездов - лёгких, обслуживаемых одиночной тягой; тяжёлых, обслуживаемых более мощными локомотивами или кратной тягой: двумя (тремя) локомотивами, каждый из которых управляется отдельной бригадой; двумя (тремя) локомотивами, работающими по СМЕ; сцепами локомотивов (заводского соединения); коэффициент транзитности поездопотока по техническим станциям; число вывозных и передаточных поездов по РУ; сетевая потоковая модель для определения порядка продвижения поездопотоков по сети УОЛ и УРЛБ.

При месячном нормировании парка исправных локомотивов грузового движения учитывается:

1. внутримесячная (суточная) неравномерность грузового движения в планируемом периоде;
2. влияние на коэффициент потребности посуточных колебаний планируемых на месяц размеров грузового и пассажирского движения, а также предоставление «окон» для выполнения ремонтно-путевых работ;
3. влияние на участковую скорость движения поездов таких факторов, как уровень надёжности работы технических устройств и подвижного состава φ' уровень технологической надёжности φ''.
4. влияние числа локомотивов, оборудованных системой многих единиц (СМЕ), на продолжительность их нахождения в пункте оборота;
5. технология поездной работы;
6. тяговое обслуживание грузового состава поезда (ТОГП);
7. влияние организации обслуживания поездных формирований собственников приватными локомотивами.

Таким образом, созданная сетевая потоковая модель для определения порядка продвижения поездо-потоков по сети УОЛ и УРЛБ позволяет производить нормирование работы локомотивов и локомотивных бригад в грузовом движении на различные горизонты.

Библиографическая ссылка:

Лаханкин, Е. А. Развитие алгоритмов и программных средств проектирования технологии и нормирования работы локомотивов и локомотивных бригад в грузовом движении / Е. А. Лаханкин, М. А. Агеева, И. С. Кондальцев, А. А. Подорин, А. И. Сафронов // Труды пятой научно-технической конференции с международным участием ИСУЖТ. - 17-18 ноября 2016. - С. 106-110.

М. А. Чжо (Мьянма)
Аспирант
А. С. Петров (Россия)
Студент
В. Г. Сидоренко (Россия)
Доктор технических наук, профессор
А. И. Сафронов (Россия)
Кандидат технических наук
МГУПС (МИИТ), г. Москва

МЕТОДИКА АВТОМАТИЗАЦИИ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Рассмотрен один из подходов к описанию действии по автоматизированному построению планового графика движения поездов (ПГД). Отмечается, что построение ПГД может проводиться с разной степенью использования средств автоматизации и в настоящее время ведутся инициативные работы по модернизации АСППГД ППМ с использованием современных технологий программирования.

Ключевые слова: автоматизация, выполнение действии, построение ПГД, инициализация, проверка возможности выполнения действия

Автоматизация построения планового графика движения поездов (ПГД) - важная для метрополитенов задача, во многом определяющая безопасность движения и качество обслуживания пассажиров [1; 2]. Решение этой задачи требует комплексного подхода, включающего в себя несколько аспектов:

- выявление бизнес-процессов, возникающих в ходе решения задачи планирования перевозочного процесса;
- анализ опыта сотрудников, задействованных в построении ПГД, в первую очередь инженеров-графистов;
- разработка методики автоматизированного построения ПГД и бизнес-процессов, возникающих в ходе решения задачи планирования перевозочного процесса с использованием средств автоматизации;
- выбор технологий создания средств автоматизации, в первую очередь программного обеспечения;
- разработка интерфейса средств автоматизации, дружественного пользователю;
- разработка методики обучения сотрудников взаимодействию с внедряемыми средствами автоматизации.

В рамках данной статьи рассмотрены вопросы снижения психологической нагрузки на сотрудников метрополитенов, которая возникает при внедрении средств автоматизации. Одним из путей решения этой задачи является акцент на наследовании методов построения ПГД при переходе от ручного построения к автоматизированному построению. Такое наследование возможно в том случае, когда правила работы со средствами автоматизации описываются в терминах, давно знакомых пользователю. В статье рассмотрен подход к описанию действий по автоматизированному построению ПГД.

В основе автоматизированного построения ПГД лежит выполнение действий (императивов) над объектами ПГД [3].

Выделяются следующие типы объектов (ресурсов) линии, которые используются при синтезе планового графика и входят в состав модели системы: путь p; станция s; точка остановки рs, которой может быть платформа станции или другая точка главных путей, в которой поезд может остановиться для изменения направления движения; депо d; точка ночной расстановки маршрутов рNR пункт осмотра подвижного состава pOst пункт регулировочного отстоя рOts (место на линии, где находятся маршруты, не участвующие в пассажирском движении); тип ремонта или осмотра подвижного состава rT, маршрут т (состав с присвоенным ему на сутки номером, который определяет его движение в соответствии с плановым графиком и графиком оборота составов); задание z, описывающее движение между точками остановки (в качестве задания может выступать движение по перегону, пути оборота или соединительной ветке между главными путями линии и путями депо).

Реализация действий влечёт за собой изменение множеств ниток графика, элементов расписания и ремонтов, описывающих поведение системы, или изменение значений предикатов, то есть отношений между дескрипторами (элементами множеств ресурсов и множеств, описывающих поведение системы).

Выделяются подмножества предикатов, отражающие связь между разными типами дескрипторов: нитками и интервалами времени; нитками и другими нитками: нитками и другими объектами; маршрутами и депо; маршрутами и пунктами осмотра; маршрутами и точками ночной расстановки; маршрутами и пунктами регулировочного отстоя.

Действия классифицируются по набору объектов, чьи свойства меняются в процессе выполнения действий, а также степени сложности и укрупнения, зависящей от числа ниток и связанных с ними объектов, свойства которых меняются в результате его реализации.

Выделяются следующие подмножества действий: организации работы депо; пунктов осмотра; точек ночной расстановки составов; пунктов регулировочного отстоя; изменения свойств ниток.

Простейшими действиями являются действия, изменяющие свойства отдельных ниток: создание, удаление; изменение станции начала или конца; изменение расписания (перемещение, ввод сверхрежимной стоянки); изменение связен между нитками, определение маневровых перемещений в начале и конце; назначение маршрута.

Более сложными действиями являются те, в которых одно и то же действие применяется к группе ниток, например:

- создание или удаление ниток на заданном интервале времени;
- перемещение группы или последовательности ниток;
- изменение способа отображения оборотов у группы ниток;
- привязка к множеству точек ночной расстановки;
- отправка составов в депо (на другую линию) или выход составов из депо (с другой линии);
- выравнивание интервалов между двумя «короткими» поездами;
- и другие.

Следующим уровнем автоматизации является реализация логико-трансформационных правил, которые представляют собой последовательное выполнение различных действий в соответствии с заданным алгоритмом и исходными данными с последующей оценкой результата выполнения. К таким правилам относятся: выравнивание интервалов между всеми поездами на заданном интервале времени; создание фрагментов равномерного ввода и снятия составов; уход составов в ночную расстановку и выхода из неё утром.

Выполнение этих действий при различных исходных данных с последующей отменой, т.е. возвращением объектов линии и ПГД в исходное состояние, позволяет организовать рекурсивные процедуры автоматизированного построения ПГД.

Описание действий включает в себя: инициализацию; проверку условий реализуемости; сохранение информации об исходном состоянии объектов; выполнение действий над объектами; выполнение действий над образами объектов; предоставление возможности выполнения обратного действия, применение которого возвращает систему в исходное состояние (отмена действия); запоминание выполненных простейших действий (при выполнении групповых действий или логико-трансформационных правил).

Описание действий удобно выполнять не в традиционной форме схем алгоритмов, а на основе модели, отражающей причинно-следственные связи между событиями. Одним из способов такого описания является использование сетей Петри. В качестве примера на рис. 1 приведена сеть Петри, описывающая действие изменение станции начала или конца нитки. На графе основной акцент сделай на инициализации действия и проверке условий его реализуемости.



Инициализация включает в себя несколько этапов: выбор действия; выбор одной (для простейших действий) или группы ниток (для групповых действий), к которым это действие будет применяться; это не относится к действию создания ниток; выбор объекта, связь которого с ниткой будет изменяться; задание параметров действия.

В таблице представлены соответствующие совокупности для простейших действий.



В общем случае условия реализуемости включают в себя проверку возможности выполнения действия соответствии:

- со статической информацией, определяемой данными линии и не изменяемой при построении ПГД, являющейся ограничениями на область решения задачи, определяемыми взаимоотношениями между объектами линии;
- с динамической информацией, определяемой текущими предикатами между объектами, изменяемыми при построении ПГД.

Для рассматриваемого действия изменения станции начала или конца нитки Условия реализуемости включают в себя проверку возможности использования выбранной станции в качестве начальной/конечной станции в соответствии:

- со статической информацией - наличием точек ночной расстановки, путевого развития;
- с динамической информацией - совпадение станций начала и конца нитки, наличием связи нитки с другими нитками или точками ночной расстановки.

На рис. 2 представлена детализация переходов «Сохранить информацию об исходном состоянии нитки», «Выполнить действия над ниткой», «Выполнить действия над образом нитки», которые рационально выполнять с использованием традиционных схем алгоритмов, так как в них уже нет взаимодействия с пользователем. На схеме детализирован переход «Выполнить действия над ниткой».



В 2004 году на Московском метрополитене внедрена разработанная на кафедре «Управление и защита информации» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МГУПС (МИИТ)) автоматизированная система построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ).

За время эксплуатации система показала свою эффективность. Она используется для построения ПГД для всех линий Московского метрополитена, которые значительно различаются между собой по своим свойствам, количеству и взаимодействию объектов.

Построение ПГД может проводиться с разной степенью использования средств автоматизации. Интерфейс системы претерпел за время эксплуатации некоторые изменения в соответствии с требованиями пользователей. В настоящее время ведутся инициативные работы по модернизации АСП ПГД ППМ с использованием современных технологий программирования.

Список литературы

1. Минаев, Г. И. Правила технической эксплуатации метрополитенов РФ [Текст] / Г. И. Минаев, С. Б. Сухов, А. Г. Фёдоров, М. В. Фурсасв, С. Н. Мизгирёв. - М.: ЗАО «Изд. центр "ТА Инжиниринг"». - 2003. - 128 с.
2. Калиничев, В. П. Метрополитены В. П. Калиничев. - М.: Транспорт. - 1988. - 280с.
3. Сафронов, А. И. Построение планового графика движения для метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Мир транспорта. - 2011. - №3. - С. 98-105.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Методика автоматизации построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, М. А. Чжо, В. Г. Сидоренко, А. С. Петров // Транспорт и образование: актуальные вопросы и тенденции: материалы международной научно-практической конференции. - Челябинск: ЧИПС УрГУПС. - 2015. - С. 74-80.

РАЗВИТИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВЫХ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

А.И. Сафронов
МГУПС (МИИТ)

Выполненная автором работа связана с одним из аспектов расчётов численных показателей работы Московского метрополитена - обсчётом эксплуатационных показателей перевозочного процесса. Это сложная и времяёмкая задача. Таким образом, одной из целей работы является обзор трудностей, долгое время препятствовавших качественному решению этой задачи для практических нужд метрополитена.

Исходной информацией для рассматриваемой задачи является плановый график движения (ПГД) пассажирских поездов метрополитена, который составляет основу организации перевозочного процесса. По своей природе ПГД статичен, он представляет собой логически завершённую картину, описывающую взаимодействие всех Служб, деятельность которых направлена на обеспечение слаженной работы ГУП «Московский метрополитен».

При построении ПГД учитываются все действующие ограничения, накладываемые существующими техническими средствами обеспечения безопасности движения поездов, а также другие факторы, обуславливающие рациональное использование человеческих и иных ресурсов.

Грубая интерпретация ПГД определяет его как «картинку», позволяющую диспетчеру ориентироваться в происходящей на линии ситуации: соответствует она или же не соответствует плану. Эта «картинка» может быть изображена как угодно, исходя из опыта и видения составителя, которым является инженер-графист (при обязательном соответствии действующим ограничениям и факторам). В этих условиях важно иметь вычислительный аппарат, позволяющий инженерам-графистам объективно оценивать результаты построения и различать качественные ПГД.

Для оценки качества составления ПГД были введены эксплуатационные показатели перевозочного процесса. Они позволяют судить о том, насколько эффективным, с точки зрения распределения ресурсов, будет происходить перевозочный процесс ещё до начала фактического движения поездов по линии метрополитена [1, 2].

Перед рассмотрением основных эксплуатационных показателей, определим некоторые термины ПГД [3]:

- нитка - описание движения маршрута от момента выхода на главный путь до момента ухода с этого пути, при учёте маневровых передвижений в начале и конце движения по главному пути. Нитка содержит информацию о переходах маршрута с одной нитки на другую, в порядке следования их по одному главному пути;
- маршрут - состав с присвоенным ему на сутки номером, который определяет его движение в соответствии с ПГД и графиком оборота подвижного состава (ГО);
- поезд (или рейс [4]) - номер нитки в последовательности ниток на ПГД. Поезда различаются в зависимости от направления движения. Как правило, для ниток, идущих сверху вниз на ПГД, поезда нечётные, а снизу вверх - чётные;
- парность - количественный показатель движения поездов по линии метрополитена, равный половине суммарного количества поездов, начавших движение в рассматриваемом часе в каждом из направлений, округлённый до целого значения в большую сторону.

При расчёте парности существует нюанс, о котором в Службе движения до сих пор нет чёткой договорённости. Нитку, начавшую движение с промежуточной станции в рассматриваемом часе, часть инженеров-графистов приписывают к тому же часу, а часть - условно продлевает её до конечной станции и определяет час учёта в зависимости от полученного результата. В настоящий момент программная реализация обсчёта эксплуатационных показателей фиктивно не продлевает нитки.

Перечислим и определим эксплуатационные показатели [5, 6]:

- общее количество поездов - изображённые на ПГД нитки, которые учитываются при расчёте парности;
- количество составов - маршруты, участвующие в движении согласно ПГД и ГО;
- поездо-километры - интегральный показатель физической протяжённости изображённых на ПГД ниток (иначе: суммарный пробег каждого поезда);
- вагоно-километры - суммарный пробег каждого вагона в каждом поезде;
- нулевой пробег - суммарный пробег каждого поезда по оборотным тупикам и соединительным веткам с депо;
- вагоно-километры нулевого пробега - суммарный пробег каждого вагона в каждом поезде по оборотным тупикам и соединительным веткам депо;
- пробег с нулевым - интегральный показатель, объединяющий вагоно-километры и вагоно-километры нулевого пробега;
- поездо-часы в движении - интегральный показатель, объединяющий времена хода всех поездов по перегонам, а также по тупикам и соединительным веткам депо;
- простой - суммарное время всех стоянок поездов на всех станциях;
- поездо-часы общие - интегральный показатель, объединяющий простой и поездо-часы в движении;
- эксплуатационная скорость - отношение пройденных поездо-километров к общему времени хода всех поездов с учётом всех стоянок;
- техническая скорость - отношение пройденных поездо-километров ко времени хода всех поездов без учёта стоянок.

Перечисленные эксплуатационные показатели формализованы и входят в состав автоматизированной системы построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ), внедрённой на ГУП «Московский метрополитен» в 2004 году [7].

Ранее разработанная методика обсчёта эксплуатационных показателей перевозочного процесса сводилась к перебору всех ниток на ПГД в каждом из направлений. Промежуточные вычисления пользователям не демонстрировались. Им был важен только конечный результат вычислений.

Такой подход устраивал инженеров-графистов вплоть до 2011 года. В 2011 году от сотрудников Службы движения поступило конструктивное предложение об изменении функционирования модуля, необходимого для обсчёта эксплуатационных показателей перевозочного процесса. Инженерам-графистам потребовалось проводить сверку (один к одному) промежуточных результатов обсчёта эксплуатационных показателей, выполненных автоматически в АСП ПГД ППМ с результатами, полученными ими вручную.

При обсчёте эксплуатационных показателей вручную в Службе движения принято использовать участковые времена хода. В связи с этим потребовалась иная схема вывода результатов по всем существующим на линии метрополитена участкам, на которых происходит движение поездов по ниткам, в соответствии с ПГД.

Первая попытка решения задачи обсчёта эксплуатационных показателей по участкам была реализована в том же диалоговом окне, которое содержало результаты полного обсчёта. Но даже такая форма представления, по словам инженеров-графистов, не обеспечивала наглядности и удобства восприятия информации. При условии, что общее количество поездов было распределено по участкам, для обеспечения возможности проверки результатов обсчёта требовалось также и распределение поездов по размерам движения, то есть, по часам работы метрополитена. Этот запрос сотрудников Службы движения потребовал создания дополнительного диалогового окна, функциональное наполнение которого в настоящее время представляет собой отдельный модуль, не обращающийся к процедурам ранее созданного модуля.

Как только удалось реализовать размещение результатов обсчёта в таблицу вида «Участок / Размер движения», то появилась возможность контроля суммы общего количества поездов на ПГД (сумма поездов по участкам должна совпадать с суммой поездов по всем размерам движения).

Использование полученной таблицы при учёте дополнительных параметров линии метрополитена позволяет легко и наглядно производить обсчёт ранее перечисленных эксплуатационных показателей. Трудности при таком подходе возникли на следующих этапах:

1. Объединения общего количества поездов по участкам вне зависимости от направления движения по ниткам.
2. Распределения количества поездов по всем известным режимам вождения на линии метрополитена (часам «пик», часам «непик», переходным временам хода).

Обе трудности успешно преодолены, но стоит подробнее остановиться на втором этапе. Без учёта режимов вождения невозможно было точно определить поездо-часы общие и поездо-часы в движении, а без них, в свою очередь, скорости: эксплуатационную и техническую.

Во второй части работы автором рассматривается программная реализация в АСП ПГД ППМ функций обсчёта эксплуатационных показателей. В качестве целевых тестовых примеров выбраны:

- реально действующий ПГД для Кольцевой линии Московского метрополитена, составленных опытными инженерами-графистами;
- рациональный, с точки зрения своевременного завершения движения, ПГД для Кольцевой линии Московского метрополитена, полученный в результате автоматизированного построения;
- прототип ПГД для Третьего Пересадочного Контура (ТПК) Московского метрополитена, полученный в результате автоматизированного построения ПГД.

Перейдём к рассмотрению принципиальных трудностей при работе с каждым из тестовых примеров.

АСП ПГД ППМ еженедельно (ежемесячно) обновляется в связи с запросами заказчика в лице Службы движения. Это естественная процедура сопровождения любой крупной автоматизированной системы. Запросы обусловлены увеличением интенсивности работы инженеров-графистов Московского метрополитена и призваны минимизировать трудозатраты. Нововведения в системе встречаются сотрудниками Службы движения неоднозначно.

Так, например, недавно внедрённый механизм автоматизированного построения ПГД для Кольцевой линии [8] встречается инженерами-графистами негативно. Задача не является для них первоочерёдной. Этим и обусловлен резкий переход от автоматизации построения ПГД к развитию методики обсчёта эксплуатационных показателей. Именно эта задача имеет определённый практический вес. Если удовлетворить этому запросу заказчика, по мнению автора, можно предпринять попытки плавного перехода к подсистеме автоматизированного построения ПГД.

Существенная трудность, препятствующая обсчёту эксплуатационных показателей ПГД, составленных инженерами-графистами вручную заключается в том, что они строятся не с нуля, а с некой ранее созданной заготовки. В результате использования этой заготовки получается «мёртвый» график - «картинка», на которой часть ниток «мёртвые», то есть не соответствующие нововведениям системы, но сохраняющие свои приемлемые вид и положение. Это сделано в соответствии с действующей концепцией обратной совместимости.

Корректировка ПГД в соответствии с нововведениями - колоссальный труд. Более простым решением может оказаться ввод ПГД с ранее распечатанного варианта вручную. Это говорит о том, что при внедрении новых механизмов в действующую систему переходные процессы неизбежны. Иногда переходные процессы сходятся к установившемуся значению спустя два-три цикла обновления ПГД для линии, иногда не устанавливаются годами. Если для большинства радиальных линий панацеей является их физическое продление (обновляется бланк - обновляются и нитки), то для Кольцевой линии бороться с заготовками инженеров-графистов труднее, поскольку она обладает завершённой структурой.

Условной конечной станцией на Кольцевой линии считается Киевская. Новый рейс в нечётном направлении откладывается от Белорусской, в чётном - от Краснопресненской. Это связано с тем, что на перегоне между двумя упомянутыми станциями расположены соединительные ветки депо.

Для ПГД, полученного в результате автоматизированного построения, проблем с обсчётом эксплуатационных показателей нет. Но поскольку адекватность данных, полученных при обсчёте ПГД, построенного вручную, ставится под сомнение, то трудно дать относительную оценку по каждому из показателей. Всего не сравнить, поскольку различна и методика построения ПГД. На графиках, составляемых вручную, существуют, так называемые, переходные режимы вождения, для них времена хода по перегонам линии проварьированы таким образом, чтобы исключить лишние сверхрежимные выдержки (СРВ), необходимые для выравнивания интервалов движения при переходе с часа «непик» на час «пик» и наоборот. ПГД, полученный в результате автоматизированного построения, обходится без переходных режимов вождения, но содержит большое количество СРВ.

Здесь уместна относительная оценка по часам простоя на линии. Первая успешная реализация ПГД, полученного в результате автоматизированного построения, обеспечила большую эффективность. Простой сократился на 2 часа (2,4%), несмотря на увеличение количества введённых СРВ. К сожалению, диспетчеру неудобно работать с подобным ПГД, поэтому в перспективе запланирована «свёртка» СРВ, полученных в результате выравнивания интервалов движения, в переходные режимы вождения.

На сегодняшний день при построении ПГД Кольцевой линии графистами используются 64 переходных режима вождения (по 32 в каждом направлении). В качестве исходных данных им выдаётся 8 переходных режимов (по 4 в каждом направлении). Увеличение количества переходных режимов вождения связано с упомянутой ранее спецификой организации бланка Кольцевой линии с учётом географии этой линии и расположения депо.

На Кольцевой линии одно депо, но на большинстве радиальных линий два депо. В связи с этим для подтверждения адекватности созданной модели обсчёта, учитывающей «разбивку по депо», необходимо иметь в наличии автоматизировано составленный ПГД для линии с двумя депо. «Разбивка по депо» заключается в детальном расчёте поездо-километров и вагоно-километров для каждого маршрута в отдельности. Поскольку механизм автоматизированного построения на сегодняшний день отработан только для линий с кольцевой топологией, то большой находкой стал Третий Пересадочный Контур - второе кольцо Московского метрополитена. Его планируют сдать в эксплуатацию в 2017 году. На этой линии предусмотрено два депо: одно ныне действующее - Замоскворецкое, другое проектируемое - Нижегородское. В настоящий момент предприняты попытки автоматизированного построения ПГД для Третьего Пересадочного Контура.

Уже сделано:

- разработан бланк линии;
- заложены «прикидочные» времена хода из расчёта движения со средней скоростью 60 километров в час по каждому из перегонов;
- рассчитано общее количество маршрутов, которые должны обслуживать линию в часы «пик»;
- просчитано и скорректировано равномерное расположение точек ночной расстановки на линии.

Предстоит сделать:

- составить последовательности освобождения/заполнения точек ночной расстановки;
- распределить маршруты по депо и назначить привязку к депо;
- рассчитать и равномерно распределить технические осмотры (ТО) второго и третьего состава работ, а также периодические ТО;
- провести автоматизированное построения ПГД;
- выявить рациональные вектора-коды переходных процессов для ускорения процесса перебора вариантов при построении ПГД;
- выполнить обсчёт эксплуатационных показателей.

Первое приближение к решению задачи планируется реализовать при допущении, что на линии отсутствуют ТО составов в линейных пунктах технического осмотра.

Со временем пользовательский интерфейс АСП ПГД ППМ претерпел значительные изменения. К ранее созданному модулю обсчёта эксплуатационных показателей в 2009 году можно было обратиться через пункт «Обсчёт графика» главного меню. Алгоритм работы модуля сводился к следующим трём этапам:

1. Запрос на загрузку данных с парного графика (в случае работы с нечётным - чётного, в случае работы с чётным - нечётного).
2. Обсчёт основных эксплуатационных показателей с «разбивкой по депо».
3. Полный обсчёт планового графика по всем известным эксплуатационным показателям.

В 2011 году в рамках диалогового окна, содержащего информацию о полном обсчёте ПГД, добавлен блок с таблицей, содержащей обсчёт ПГД по участкам. Годом позже для исключения визуальных конфликтов блок с таблицей был перенесён в нижнюю область. Добавлена возможность экспорта данных в электронную таблицу Microsoft Excel с целью оперативного вывода на печать данных, полученных в ходе расчёта. К 2013 году удалось разработать принципиально новое диалоговое окно, которое позволило удовлетворить запросам инженеров-графистов. Оперативной информацией для обсчёта ПГД является количество вагонов в составе. Ранее созданный механизм обсчёта получал эту информацию от пользователя после подтверждения перехода к диалоговому окну полного обсчёта. Новый механизм запрашивает эти данные напрямую. В 2014 году добавлена опция обсчёта общего количества поездов независимо от направления движения по ниткам. В том же году добавлена опция обсчёта поездо-часов в зависимости от режимов вождения.

Представленная работа выполнена на кафедре «Управление и защита информации» Московского государственного университета путей сообщения с целью облегчения труда инженеров-графистов ГУП «Московский метрополитен».

Список литературы:

1. Сидоренко, В. Г. Методика оперативной оценки показателей работы метрополитена / В. Г. Сидоренко, А. В. Ершов, Е. П. Балакина // Вестник МИИТа. - 2006. - Вып.14. - С. 3-9.
2. Сафронов, А. И. Средства анализа качества исполнения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Неделя науки-2009 : труды научно-практической конференции. - М.: МИИТ. - 2009. - С. II-73-II-7.
3. Сидоренко, В. Г. Автоматизация построения планового графика движения поездов метрополитена / В. Г. Сидоренко // Автоматизация и современные технологии. - 2003. - № 2. - С. 6–10.
4. Феофилов, А. Н. Математическая модель составления графиков движения поездов на линиях метрополитена / А. Н. Феофилов // Вестник ВНИИЖТ. - 1991. - № 7. - С. 10-13.
5. Сафронов, А. И. Анализ планового графика движения пассажирских поездов московского метрополитена / А. И. Сафронов, Пьо Хтет Вин // Неделя науки-2011 : труды научно-практической конференции. - М.: МИИТ. - 2011. - С. III-157.
6. Сафронов, А. И. Расчет эксплуатационных показателей и критериев качества планового графика движения пассажирских поездов линии метрополитена / А. И. Сафронов, Пьо Ту Со // Неделя науки-2011 : труды научно-практической конференции. - М.: МИИТ. - 2011. - С. III-156.
7. Баранов, Л. А. Автоматизированная система в перевозочном процессе метрополитена / Л. А. Баранов, А. В. Ершов, В. Г. Сидоренко // Мир транспорта. - 2005. - № 3. - С. 108-113.
8. Сафронов, А. И. Влияние планового графика движения пассажирских поездов метрополитена на режим работы системы тягового электроснабжения / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2014. - № 1. - С. 10-13.

Библиографическая ссылка:

Сафронов, А. И. Развитие методики расчёта эксплуатационных показателей в системе автоматизированного построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов // Интеллектуальные системы на транспорте: Материалы IV международной научно-практической конференции «ИнтеллектТранс-2014» / Под редакцией д-ра техн. наук, профессора А.А. Корниенко. - СПб.: ПГУПС. - 2014. - С. 367-374.

Ссылка на elibrary.ru:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21907388

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕРЕВОЗОЧНОГО ПРОЦЕССА НА МЕТРОПОЛИТЕНЕ

Сафронов А.И., Сидоренко В.Г., Филипченко К.М.

На сегодняшний день разветвлённая сеть Московского метрополитена претерпевает колоссальные перегрузки. Это связано с величиной пассажиропотока, который приходится ежедневно обслуживать. Метрополитен работает на пределе своих технических и человеческих возможностей и, вместе с этим, продолжает активно развиваться, наращивая протяжённость существующих и обрастая новыми линиями.

Принятая на период с 2012 по 2020 годы стратегия развития Московского метрополитена своей основной целью ставит увеличение численности станций на 67 объектов и протяжённости линий на 145 километров, что в среднем соответствует ежегодному приросту 7 станций и 16 километров перегонных тоннелей [1]. В этих условиях уже через пару лет человеческий ресурс начнёт давать сбои не только на эксплуатационно-техническом уровне, но и на уровне планирования перевозочного процесса. И это связано с тем, что не будет оставаться времени на адаптацию и привыкание к одним условиям работы линии, как они преобразуются в иные. Решить эту проблему поможет только создание интеллектуальных систем управления перевозочным процессом на метрополитене.

Средства планирования перевозочного процесса на метрополитене являются составной частью автоматизированной системы управления перевозочным процессом метрополитена (АСУ ППМ), которая реализуется в рамках концепции создания интегрированной автоматизированной системы управления метрополитена (ИАСУМ). Автоматизированная система планирования перевозочного процесса на метрополитене предназначена для автоматизированного построения графика оборота подвижного состава и планового графика движения пассажирских поездов.

Многолетний опыт разработки и внедрения автоматизированной системы построения планового графика движения пассажирских поездов по линии метрополитена на Московском метрополитене показал, что эффективное построение планового графика движения основывается на рассмотрении большого количества вариантов построения и решении оптимизационных задач, которые образуют иерархическую структуру [2].

Рациональное составление процедур перебора и сравнения вариантов построения планового графика движения требует использования методов параллельных вычислений. Рациональная организация параллельных вычислений подразумевает выполнение следующих предварительных операций:

- выделения уровней распараллеливания вычислений;
- определения фрагментов кода, внутри которых распараллеливание вычислений недопустимо;
- выбора архитектуры аппаратного обеспечения;
- выбора архитектуры программного обеспечения.

Прежде, чем приступать к решению задачи организации параллельных вычислений применительно к алгоритмам автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена, необходимо провести анализ общей схемы построения графика. Уже на этом уровне можно сделать ряд предположений о том, какие из процессов и входящих в их состав процедур можно было бы преобразовать для проведения параллельных вычислений.

На практике далеко не все из выделенных операций реально разбить на потоки. Возможными причинами могут служить жёсткие причинно-следственные связи между последовательно идущими операциями, а также одноразовость вызовов тех или иных процедур. Разбивать на потоки имеет смысл только те процедуры, которые выполняются более одного раза за процесс или же для процедур различных процессов, но обладающих родственными свойствами.

Выбор архитектуры аппаратного обеспечения играет немаловажную роль. Здесь надо отдавать себе отчёт в том, что если распараллеливание потоков будет ориентировано, скажем, на четыре ядра, то на двуядерной архитектуре такое программное обеспечение не будет корректно работать или же не будет работать вовсе. Но в этом случае разработка системы будет инновационной и экономически оправданной. Куда хуже другой случай, когда программное обеспечение ориентировано на двуядерную архитектуру, а в перспективе планируется использование четырёх ядер. В экономическом отношении подобного рода разработки не будут оправданы, поскольку более чем два потока на два ядра не пойдут технически, и другие два ядра микропроцессора будут простаивать. При этом важно определиться с критериями и приоритетами.

Так, например, при разработке универсальной системы (при существующей восьмиядерной архитектуре), необходимо дополнительно разветвить возможности параллельных вычислений (на четыре и два ядра). Эта стратегия несёт в себе следующие ключевые принципы:

1. За базовый уровень принять наиболее развитую, на момент разработки, микропроцессорную архитектуру.
2. Сохранить модульный принцип построения и оставить задел для разработки блока, ориентированного и на более продвинутую архитектуру после выхода таковой на рынки аппаратного обеспечения.
3. Разработать мультипоточность, ориентированную на базовый уровень.
4. Упростить базовое распараллеливание отдельно для четырёхядерной архитектуры, а после и для двуядерной.
5. Снабдить диалоговое окно с настройками пользовательского интерфейса переключателем количества ядер.

К архитектуре программного обеспечения также предъявляется ряд особых требований. Прежде всего, необходимо определиться с операционной системой, под управлением которой должна функционировать система. Сразу договоримся, что универсального (кроссплатформенного) подхода здесь достигать совершенно не обязательно, поскольку интеллектуальная автоматизированная система планирования перевозочного процесса на Московском метрополитене является узкоспециальным программным продуктом, пользователи которого обучены рабате только в операционных системах семейства Microsoft Windows. Более того, родственные системы, разработанные на кафедре УИТС и взаимодействующие с автоматизированной системой построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена, функционируют под управлением операционных систем Microsoft Windows. Соответственно, необходимо подобрать такую версию из этого семейства, которая поддерживает распараллеливание потоков. От среды программирования в этом случае требуются следующие возможности:

- функционирование в рамках выбранной операционной системы;
- поддержка функций распараллеливания потоков.

В общем виде задача автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена формулируется следующим образом: разработать сценарии, согласно которым в результате конечного числа ответов пользователя на общие вопросы (с вариантами ответов «Да/Нет») с промежуточным вводом исходных данных будет построен плановый график движения при учёте специфических параметров и ограничений, в первую очередь, определяемых графиком оборота, который регулирует проведение осмотров и ремонтов подвижного состава, и графиком работы локомотивных бригад. Построенный плановый график движения должен отвечать поставленным целям управления, быть рациональным с точки зрения выбранных критериев и устойчивым к возмущающим факторам [3].

Перечисленные факторы подтверждают тот факт, что в рамках автоматизированной системы планирования перевозочного процесса на метрополитене решаются сложные интеллектуальные задачи управления, которые требуют использования современных подходов к их решению.

Движение поездов в соответствии с плановым графиком является примером реализации системы программного управления. Реализация управляющих воздействий в этом случае заключается в выполнении процедур, изменяющих свойства отдельных ниток: создание, удаление, изменение станции начала или конца, изменение расписания (перемещение нитки, ввод сверхрежимной стоянки), изменение связей между нитками, определение маневровых перемещение в начале и конце нитки. Более сложными процедурами являются те, в которых одно и то же действие применяется к группе ниток, например, создание или удаление ниток на заданном интервале времени, перемещение группы ниток, изменение способа отображения оборотов у группы ниток. Основой всей процедуры автоматизированного синтеза являются логико-трансформационные правила, которые представляют собой последовательное выполнение различных процедур коррекции ниток в соответствии с заданным алгоритмом и исходными данными с последующей оценкой результата выполнения [4]. К таким процедурам относятся алгоритмы выравнивания интервалов между поездами, размена через депо или линейные пункты технического осмотра для перехода маршрута на нужную нитку при организации ночной расстановки составов на линии, создания фрагментов равномерного ввода и снятия составов, ухода составов в ночную расстановку и выхода из нее утром.

Интеллектуальная составляющая систем планирования перевозочного процесса заключается именно в определении логических связей между выполняемыми управляющими воздействиями. В основе определения этих логических связей лежат аналитические соотношения, которые и обуславливают интеллектуальный ресурс системы.

Для удобства решения задача построения планового графика движения разбита на этапы. Эти этапы соответствуют режимам работы метрополитена в рабочие, а также субботние, воскресные и праздничные дни.

В соответствии с технологией работы метрополитена плановый график движения в рабочие дни описывает следующие процессы:

- выход составов из ночной расстановки;
- переход к движению с максимальной парностью в утренний час «пик»;
- движение поездов с заданной максимальной парностью в утренний час «пик»;
- движение поездов между утренним часом «пик» и движением в непиковое время;
- движение поездов с заданной минимальной парностью в дневной час «непик»;
- организация перехода к вечернему часу «пик»;
- движение поездов с заданной максимальной парностью в вечерний час «пик»;
- переход от вечернего часа «пик» к непиковому движению;
- организация перехода от непикового движения к ночной расстановке.

Все процессы, происходящие на линии, связаны между собой и изменения в одном из них могут сказаться на других.

В ряде случаев возможно изменение последовательности указанных процессов в зависимости от проводимых в городе мероприятий. В выходные дни часы «пик» и сопутствующие им изменения парности отсутствуют. Таким образом, в течение всего выходного дня поддерживается постоянная парность движения [3].

Для каждого из этапов, который соответствует тому или иному способу организации движения поездов, определены:

- условия реализуемости (априорная информация, позволяющая заранее определить, удастся ли с заданными начальными условиями построить процесс);
- условия реализации (апостериорная информация, получаемая по итогам построения путём проверки графика после завершения рассматриваемого процесса и позволяющая определить, удалось ли построить процесс с заданными начальными условиями);
- процедура построения, в рамках которой реализуется фрагмент планового графика движения, соответствующий одному из процессов, происходящих на линии, которые можно разделить на переходные (динамические) и установившиеся (стационарные);
- переменные состояния.

Условия реализуемости и реализации построения этапов планового графика движения вместе образуют переходный блок – связующее звено двух соседних процедур построения, объединённых причинно-следственными связями [5].

Особым образом следует выделить переменные состояния различных объектов графика. Именно благодаря наличию переменных состояния появляется возможность построения графика не только с чистого листа, но и с некоторого фиксированного этапа. Такой механизм предусмотрен, чтобы позволить оператору организовать:

- кратковременное прерывание для внесения особых изменений после выполнения того или иного процесса построения;
- длительное прерывание, сопровождаемое выходом из системы.

Во время прерывания процедура построения находится в некотором промежуточном состоянии, которое фиксируется как параметр. Правильность фиксации значения переменной состояния процедуры играет очень важную роль - от правильности восстановления значения переменной состояния зависит то, пойдёт ли расчёт в системе тем же путём или принципиально изменит своё направление.

При учтённых переменных состояния плановый график движения можно смело назвать многоуровневой информационно обогащённой (интеллектуальной) структурой. Многоуровневость этой структуры требует отдельного рассмотрения.

Используемые способы формализации описания объектов линии метрополитена и команд по управлению ими также являются основой для реализации автоматизированных систем оперативного управления движением поездов по линии метрополитена.

Созданная процедура автоматизированного построения планового графика движения позволяют просматривать множество вариантов построения графика без изменения исходных данных.

Авторами выполнена формализация расчёта количества составов, подлежащих вводу или снятию для каждого из этих переходных процессов [2]. В общем виде максимальное количество вариантов ввода составов за переходный процесс max[Gвв] можно определить из следующего соотношения:



где M[i, j] - количество составов, которые должны быть на j-м пути линии к началу рассматриваемого интервала времени (процесса построения ПГД) с порядковым номером i.
M[i+1, j] - количество составов, которые должны быть на j-м пути линии к началу следующего к рассматриваемому интервалу времени.
НОД(M[i+1, j], M[i+1, j] - M[i, j]) - наибольший общий делитель, определяемый между M[i+1, j] и M[i+1, j] - M[i, j].
i - номер рассматриваемого интервала времени;
j - путь линии, j = 1, 2.
I - количество итераций, необходимых для построения переходного процесса ПГД при переходе от одного стационарного процесса к другому. Значение количества итераций определяется:



tн[с.п.2] - время начала второго стационарного процесса (справа);
tк[с.п.1] - время конца первого стационарного процесса (слева);
Тпо - время полного оборота состава на линии.

В том случае, когда НОД(M[i+1, j], M[i+1, j] - M[i, j]) > 1, количество возможных вариантов значительно сокращается.

Важно отметить, что переборы вариантов при вводе и снятии составов различаются. Основное различие заключается в том, что процессы снятия составов сопровождаются назначением маршрутов соответствии с требованиями ГО. Таким образом, отсутствие возможности назначить маршрут хотя бы на одну нитку исключает текущий вариант снятия составов из рассмотрения.

Максимальное количество вариантов снятия составов за переходный процесс с учетом возможных вариантов назначения маршрутов определятся из соотношения:



где Nijkl - количество элементов множества маршрутов, которые могут быть назначены на l-ю снимаемую нитку при выполнении k-го варианта i-го снятия по j-му пути;



На значение Nijkl оказывает сильное влияние реализованный вариант выхода из ночной расстановки.

Число вариантов построения ПГД является не монотонной функцией от процесса и его состояния (начало или конец). Переход от одного процесса к другому сопровождается «лавинным» увеличением числа вариантов, переход от начала процесса к концу сопровождается уменьшением числа вариантов. Качество созданных алгоритмов оценивается по степени уменьшения числа рассматриваемых вариантов при переходе от начала процесса к концу.

В настоящее время авторами проводятся разработки по следующим направлениям:

- создание и адаптация алгоритмов автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена для Кольцевой линии;
- модернизация алгоритмов автоматизированного построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена на базе аппарата распределённых вычислений.

Работы по первому из направлений находятся на заключительной стадии, по второму направлению алгоритмы постепенно приобретают форму и содержание. Модернизация алгоритмов с учётом возможностей современной вычислительной техники и сред объектно-ориентированного программирования началась в середине 2012 года.

Литература:

1. Википедия. Свободная энциклопедия. Программа развития Московского метрополитена. [Электронный ресурс], http://ru.wikipedia.org/wiki/Программа_развития_Московского_метрополитена, (дата обращения: 13.ноябрь.2012).
2. Сафронов А.И., Сидоренко В.Г. Уровни успешной реализации автоматизированного построения плановых графиков движения пассажирских поездов метрополитена и критерии отбора эффективных результатов Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды XIX Международной конференции. Москва, декабрь 2011 г. / Под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. М.: РГГУ, 2011. С. 307 - 311.
3. Сафронов А.И., Сидоренко В.Г. "Построение планового графика движения для метрополитена", Мир транспорта, №3, 2011. - С. 98-105.
4. Сидоренко В.Г. Моделирование функционирования станции метрополитена с использованием сетей Петри // Международный межвузовский сборник научных трудов "Актуальные проблемы развития технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики". - Ростов н/Д: РГУПС, 2002. - c. 89-95.
5. Сафронов А.И. Условия реализации и реализуемости при автоматизированном построении планового графика движения пассажирских поездов метрополитена // Труды научно-практической конференции "Неделя науки-2011. Наука транспорту". - М.: МИИТ, 2011. - c. III-157-III-158.

Библиографическая ссылка:

Сидоренко, В. Г. Интеллектуальная автоматизированная система планирования перевозочного процесса на метрополитене / А. И. Сафронов, В. Г. Сидоренко, К. М. Филипченко // ИСУЖТ–2012: труды I научно-технической конференции. - М.: ОАО «НИИАС», 2012. - С. 99-104 (92-96).

"ДАЛЕЕ..."

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР ВИЗУАЛИЗАЦИИ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Сафронов А.И.
МГУПС (МИИТ), Москва, Россия

В современных условиях информационные технологии на транспорте являются неотъемлемой частью большинства производственных процессов. Рассмотрим данную тенденцию на примере автоматизации процесса синтеза планового графика движения (ПГД) и построения графика исполненного движения (ГИД) пассажирских поездов метрополитена (ППМ), которая реализована на Московском метрополитене с использованием разработанной на кафедре «Управление и информатика в технических системах» МИИТа автоматизированной системы построения ПГД ППМ (АСП ПГД ППМ).

Основные функции АСП ПГД ППМ состоят в следующем:

- автоматизированный синтез ПГД, который представляет собой совокупность процедур, выполняемых над нитками графика - описаниями движения маршрутов с момента их выхода на главный путь и до момента ухода с него. При этом в них указываются маневровые передвижения в начале и конце движения по главному пути, содержится информация о переходах маршрута с одной нитки графика на другую и о порядке следования ниток графика по одному главному пути;
- визуализация ниток графика. Визуализация есть сложный процесс передачи образов, в случае рассматриваемой системы – образов ниток графика. Под образом нитки понимается графическое отображение движения маршрута с момента его выхода на главный путь и до момента ухода с него, с указанием маневровых передвижений, с отображением информации о переходах маршрута с одной нитки графика на другую и о порядке следования ниток графика по одному главному пути;
- построение ГИД – поперегонный расчёт в реальном времени ниток графика и визуализация их образов в соответствии с ситуацией, сложившейся на линии с учётом плановых переходов между заданиями (выход на главный путь, уход с главного пути, прибытие на станцию назначения, начало движения от станции отправления) и возможных сбоев.

Синтез программного обеспечения систем, подобных АСП ПГД ППМ, в современных средах объектно-ориентированного программирования базируется на использовании обработчиков событий (двойное нажатие кнопки «мыши», нажатие клавиши клавиатуры, отпускание клавиши клавиатуры, движение «мыши», нажатие кнопки «мыши» и отпускание кнопки «мыши»). Таким образом, разумно процедуры, выполняемые системой связать с этими событиями. Более того, очевидно, что вслед за нажатием клавиши следует отпускание, а значит, мы имеем право, по нажатию клавиши, проводить предварительную проверку возможности выполнения действия, а по отпусканию – выполнять действие, если безошибочно пройден этап предварительной проверки.

Описание принципа действия подобных систем удобно выполнять не в традиционной форме схем алгоритмов, а на основе модели, в основе которой лежат причинно-следственные связи между событиями. Одним из способов такого описания является использование сетей Петри. Данный механизм позволяет существенно повысить качество составления и отладки программного обеспечения больших систем.

В широком смысле, качество большинства современных программных продуктов оценивается не только по функциональности, но и по гибкости пользовательского интерфейса. Однако не стоит забывать, что эта гибкость должна быть «разумной», то есть должны быть предусмотрены всевозможные пути обхода ситуаций, которые могут привести к ошибке, одновременно, при этом важно уберечь пользователя от принятия неправильного решения. Очевидно, что исходный код программы в рассматриваемом случае будет разветвлён более чем на 3 яруса, что уже затрудняет восприятие данной структуры. Схемой можно добиться удобного восприятия 5-7 ярусов ветвления. При более сложной структуре вычислительного процесса имеет смысл прибегнуть к графовой модели сетей Петри.

Следует рассмотреть причины, согласно которым графовые модели обеспечивают прозрачность восприятия. Прежде всего, здесь мы имеем дело с рисунком, а рисунок, как известно, наиболее древний вид передачи образов, восприятие которых одинаково отображается в сознании большинства людей. Переходы от вершины к вершине последовательны, таким образом, всегда можно отследить запрещённые состояния и выявить ошибки, если таковые присутствуют.

Наслоение последовательности операций, основанных на процедурах обработки событий, может вызывать некоторую путаницу в восприятии алгоритмов. Для подобных случаев удобно использовать механизм сетей Петри, составляя тем самым описательную модель процесса с явными и неявными промежуточными состояниями.

Нитки графика представлены в персональном компьютере объектами, которыми удобно манипулировать посредством математических операций, однако, эта информация не является наглядной для пользователя. Пользователю удобнее получать ту же информацию в графическом виде, таким образом, вопрос визуализации выступает тут в качестве связующего звена между вычислительным процессом и процессом передачи информации пользователю в реальном времени. Из этого следует, что именно визуализация является неотъемлемой частью пользовательского интерфейса, повышению качества работы с которым и посвящена данная статья.

Для каждой из функций АСП ПГД ППМ важно правильное отображение ниток. И если для первых двух затраченное машинное время не имеет принципиального значения, то для построения ниток ГИД в реальном времени нужно следить за тем, чтобы количество исполняемых операций перерисовки было как можно меньше. Также необходимо отслеживать, чтобы прорисовка велась лишь в той области, которая в данный момент отображена на экране.

Ранее созданный набор процедур визуализации представлен множеством схожих элементов, каждый из которых использует свой собственный поднабор процедур перерисовки текстовой информации. В то время как каждая из независимых процедур в отдельности не требует особой оптимизации вычислений, то комбинация этих процедур может наслаивать выполнение одинаковых операций прорисовки. Таким образом, последний случай представляет собой особый интерес.

В данной статье авторами на примере одной из операций по созданию нитки графика рассматривается сеть Петри, в которой указаны характерные этапы упомянутой операции с обособлением условных переходов и событий, с ними связанных. Особенностью этой операции является использование цепочки событий. По нажатию кнопки мыши на линию конечной станции создаётся фантом – предварительный образ нитки, который будет утверждён лишь после того, как пользователь отпустит кнопку мыши. При этом фантом нитки легко перемещается вдоль по горизонтальной прямой в зависимости от перемещения мыши. Как только пользователя удовлетворит положение фантома, он сможет опустить клавишу мыши и тем самым запустить на исполнение ряд процедур визуализации для конкретной рассматриваемой операции. Подробнее упомянутые цепи событий и процедуры отражены в сети Петри, приведённой ниже.

В настоящее время разработан ряд ветвей, исходящих из обобщённой сети Петри для операций, связанных с процессом визуализации. Между всеми ветвями установлена связь через обобщённую сеть Петри, начальным моментом которой принят момента загрузки ПГД и вывода его на экран.

Сафронов, А. И. Оптимизация процедур визуализации графиков движения пассажирских поездов метрополитена / А. И. Сафронов // Труды VII Международной научно–практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem». – М.: МИИТ. – 2010. – С. 315-317.

"ДАЛЕЕ..."

УДК 656.25-52:656.22.05:656.42
Ковалёв М.В., Сафронов А.И., Сидоренко В.Г.
Московский Государственный Университет Путей Сообщения (МИИТ)
Москва, Россия

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ СПОСОБОВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ПЛАНОВОГО ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА

Важную роль при автоматизации процесса составления планового графика движения поездов играет решение задачи отображения информации в принятом формате. Созданный разработчиками системы аппарат позволяет выполнять существующие и учитывать вновь возникающие требования заказчика.

Московский метрополитен - обширное транспортное предприятие, в работу которого вовлечено большое количество человеческих и материальных ресурсов. Это связано со сложностью и неотложностью решаемых на предприятии задач. Автоматизация различных технологических процессов на Московском метрополитене позволяет облегчить работу специалистов различных служб метрополитена. В данной статье систематизированы и обобщены полученные в ходе создания и внедрения на Московском метрополитене автоматизированной системы построения планового графика движения пассажирских поездов метрополитена (далее, система) результаты работы кафедры «Управление и информатика в технических системах» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ). Одной из задач, стоящих перед разработчиками системы, в решении которой принимают участие авторы статьи, является организация вывода на экран и печать синтезированного графика в формате, принятом на Московском метрополитене. Ее актуальность не ослабевает, т.к. метрополитен развивается, и система обозначений также претерпевает изменения.
Плановый график (ПГ) полностью описывается тремя множествами: ниток графика, элементов расписания и ремонтов. Каждому из этих типов элементов соответствует свой образ в рамках графика движения или графика оборота подвижного состава.
Нитка графика описывает движение маршрута от момента выхода на главный путь до момента ухода с него с указанием маневровых передвижений в начале и конце движения по главному пути и содержит информацию о переходах маршрута с одной нитки графика на другую и порядке следования ниток графика по одному главному пути. Под образом нитки будем понимать объект, описывающий графическое отображение движения маршрута от момента выхода на главный путь до момента ухода с него с указанием маневровых передвижений в начале и конце движения по главному пути.
Рассмотрим решение задачи отображения маневровых передвижений в конце нитки. Классификация маневровых передвижений после окончания движения по главному пути приведена на рисунке 1. Концом нитки, фактически, является момент ухода поезда с линии, ухода на ночную расстановку или начала движения по следующей нитке.

Рисунок 1

С линий поезд может уходить в депо (в осмотр или на ночную расстановку) и на другую линию. Дальнейшая классификация сводится к таким нюансам, как уход поезда со станции или, непосредственно, с перегона. График движения поездов по другой линии, на которую уходят поезда, может отображаться на том же листе, что и основной, или на другом, тогда на текущем графике отображается только станция, которая связывает линии.
Концом нитки также может быть уход поезда на ночную расстановку в конце рабочего дня. Ночью поезд может находиться на том же главном пути; на другом главном пути (подразумевается уход на ночную расстановку после оборота); на станционном пути, связанном с главным путём, по которому происходило его движение; на станционном пути, связанном с главным путём противоположного направления (опять же подразумевается уход на ночную расстановку после оборота).
Существует множество способов отображения перехода маршрута от одной нитки к следующей. Выбор того или иного способа определяется следующими условиями: станция конечная или промежуточная; наличие более одного поезда на станции; организация зонного движения; наличие пункта осмотра на станционных путях линии; маршрут просто оборачивается или уходит на ночную расстановку. В случае кольцевой линии переход с одной нитки на другую на том же пути не сопровождается дополнительными маневровыми передвижениями, однако требуется обозначить место разрыва ниток при отображении графика кольцевого движения на бумаге. После нахождения на станционных путях маршрут может продолжить движение по тому же пути, по которому двигался и раньше, или выйти на другой путь. Перемещения между главными и станционными путями, так же, как и в случае с депо, могут осуществляться на станции или на перегоне.
Очевидно, что условные обозначения, применяемые на ПГ, должны позволять однозначно определять когда, куда и каким образом уходит поезд с линии. В состав возможностей автоматизированной системы входит решение этой задачи.
Для прорисовки того или иного варианта конца нитки графисту, работающему в системе, достаточно всего лишь выделить нитку и в контекстном меню, появляющемся по клику правой кнопкой мыши при нажатой клавише «Ctrl», выбрать необходимый вариант прорисовки. Именно выбор того или иного пункта меню задаёт дальнейшее движение по коду программы. Данный процесс разветвлён по множеству условий, определяемых приведенной выше классификацией. Выполнение операций по той или иной ветви, в целом, незначительно отличается друг от друга, но именно эти отличия и задают особенности отображения конца нитки графика. В некоторых случаях отображение маневровых передвижений требует создания еще одной нитки, например, при ночной расстановке, требующей переход с одного главного пути на другой. Все действия по отображению выбранного варианта маневровых передвижений выполняются автоматически.
Маневровые передвижения в начале движения по нитке симметричны рассмотренным ранее. Все описанные выше особенности распространяются и на начало нитки. В связи с этим, задача отображения начала движения по нитке решается аналогично рассмотренной задаче отображения конца движения по нитке.
Отдельно стоит рассмотреть вопросы прорисовки элементов расписания, т.е. отображения движения по главному пути. Особенностью решения этой задачи является то, что на сетке ПГ расположение горизонтальных линий, соответствующих станциям, определяется расстоянием между станциями в масштабе времени. Время хода между двумя станциями в разных направлениях может не совпадать. Поэтому сетка строится по усредненным данным для режимов ведения в часы с наименьшей нагрузкой (часы-непик). На многих линиях существуют разные режимы вождения для часов с наибольшей (часы-пик) и наименьшей нагрузкой (часы-непик). Особым случаем является ситуация движения первых поездов с увеличенным временем хода и резервных поездов после окончания пассажирского движения без остановок на станциях. В связи с изменением времени хода абсциссы точек пересечения ниток графика с уровнями, соответствующими промежуточным станциям линии, могут не совпадать с реальными временами отправления с этих станций. Движение поезда на сетке графика метрополитена изображается прямой линией (ниткой поезда); проекция этой линии на горизонтальную ось равна времени хода поезда по данному участку. Нитка графика отображается набором наклонных отрезков с одинаковым углом наклона (кроме, первых поездов с увеличенным временем хода) и набором горизонтальных отрезков, отображающих сверхнормативные стоянки; координаты начала и конца нитки определяются начальной и конечной станциями, временами отправления с начальной станции и прибытия на конечную станцию; угол наклона нитки графика определяется временем хода поезда без учета времени сверхнормативных стоянок; длина горизонтальных отрезков определяется длительностью соответствующих сверхнормативных стоянок. На метрополитене принят следующий формат отображения ниток: углы наклона отрезков нитки первых поездов рассчитываются отдельно для участка движения с увеличенным временем хода и для участка движения с графиковым временем хода. Нитки начинаются, заканчиваются и меняют угол наклона в точках, абсциссы которых совпадают с реальными временами отправления (прибытия) на соответствующих станциях. Нитки резервных поездов также начинаются и заканчиваются в точках, абсциссы которых совпадают с реальными временами отправления (прибытия) на соответствующие станции. Все остальные неполные нитки, т.е. те, которые начинаются или заканчиваются не на конечной станции, отображаются параллельно полным ниткам, идущим в том же режиме.
Одной из сервисных функций системы является отображение параметров синтезированного графика и текущего состояния объектов линии метрополитена. Параметрами ПГ являются рассчитанные для каждого размера движения заданная и фактическая парность, число поездов, отправившихся по первому или второму главным путям, число составов, необходимое для реализации заданной парности. В каждый момент времени графист должен знать, сколько составов находится в депо, сколько времени прошло с начала отстоя маршрута. Реализация этих функций требует выполнения дополнительных математических расчетов и реализации дополнительных средств визуализации информации.
К машинисту данные ПГ поступают в форме расписания. Расписание печатается на карточках определённого размера. Размеры эти строго определены для каждой линии и зависят от количества станций, располагающихся на линии. На карточках расписания также указывается информация о времени хода, интервале движения, впереди и сзади идущих поездах, маневровых передвижениях впереди идущего поезда и текущего маршрута. Эта информация получается автоматически на основании анализа множества ниток графика.
Выполненный авторами анализ способов отображения информации о ПГ показал, какую важную роль играет решение задачи отображения информации при создании системы, насколько она трудоемка и многогранна. Созданный разработчиками системы аппарат позволяет наращивать возможности системы и учитывать вновь возникающие требования заказчика.

Библиографическая ссылка:

Ковалёв, М. В. Систематизация способов отображения информации планового графика движения пассажирских поездов метрополитена / М.В. Ковалёв, А.И. Сафронов, В.Г. Сидоренко // «Инновационные технологии в автоматике, информатике и телекоммуникациях». Труды Международной конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки. 9-10 октября. – Хабаровск: ДВГУПС. – 2008. – С. 244-248.