Оценка пропускной способности железнодорожных линий на основе имитационного моделирования процессов перевозок

18

Проблематика транспортных систем

7. Проблемы повышения точности проектных решений при обосновании рациональной этапности развития железнодорожных станций / Ю. И. Ефименко, М. В. Четчуев ; ред.

Ю. И. Ефименко // Актуальные проблемы управления перевозочным процессом : сб. науч. тр. -Вып. 10. - СПб. : Петербургкий гос. ун-т путей сообщения, 2010. - С. 64-70.

УДК 625.1: 004.94

И. М. Кокурин, В. А. Кудрявцев

Петербургский государственный университет путей сообщения

ОЦЕНКА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЙ НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕВОЗОК

Аналитические и графоаналитические методы расчета не в состоянии учесть многочисленные факторы, влияющие на пропускную способность железнодорожных линий. К числу этих факторов относятся: количество и длительность «окон», предоставляемых для ремонтов инфраструктуры; различие массы и длины грузовых поездов, временные ограничения скоростей; изменения тяговых характеристик локомотивов в процессе эксплуатации и т. д. Преимуществами в этом отношении обладает метод имитационного моделирования процессов железнодорожных перевозок.

метод имитационного моделирования процессов железнодорожных перевозок, пропускная способность, грузовой поезд.

Введение

Целью данной статьи является анализ возможностей применения метода имитационного моделирования для оценки влияния на пропускную способность ранее не учитывавшихся факторов [1], [2], [3].

1 Метод имитационного

моделирования

Метод имитационного моделирования процессов перевозок позволяет моделировать продвижение не расчетных, а реальных последовательностей грузовых поездов, обращающихся по железнодорожным линиям, с учетом пропуска пассажирских поездов, количества и полезной длины станционных путей, неравномерности движения, возможностей привязки локомотивов и локомотивных бригад к поездам, ограничений системы энергоснабжения при электротяге, в услови-

ях наличия предупреждений об изменениях установленной скорости, предоставления «окон» для ремонта инфраструктуры и при их отсутствии.

Метод открывает возможности детального количественного анализа эффективности мероприятий по организации движения (параллельный график, организация движения грузовых поездов по расписанию, энергоэкономичные расписания, вариантные графики при ремонтных работах и т. д.).

2 Исходные данные

Подготовка исходных данных, используемых при моделировании, включает: редактирование геоинформационной сети железных дорог, подготовку данных об инфраструктуре, составление перспективного плана перевозок, расчет количества поездов и грузонапряженности, формирование поездопотоков.

2012/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

19

Данные о перевозимых в поездах грузах, классе, группе и категории пути, видах ремонтов и содержании путевых работ, нормативах выполнения и схемах ремонтов инфраструктуры берутся из нормативносправочной литературы.

На основе плановых объемов перевозок согласно модели планирования ремонтных работ (МПРР) строятся графики ремонтов по годам планирования и определяются длительность и места «окон» для строительных, реконструкционных и ремонтных работ на заданный период времени.

Используя эти данные, имитационная модель перевозочного процесса (ИМПП) определяет фактическое число пропущенных поездов за год с учетом вышеуказанных факторов. Структурная схема функционирования ИМПП представлена на рис. 1.

Диспетчер модели с учетом заданных технологий перевозки, плотности и структуры поездопотоков, характеристик объектов инфраструктуры организует пропуск поездов по станциям и перегонам, определяя при

этом станции обгонов и скрещений, длительность стоянок поездов.

Для обеспечения функционирования ИМПП требуется подготовить необходимые исходные данные для всех ее модулей.

Формирование данных для сетевой модели (инфраструктура полигона) осуществляется в редакторе геоинформационной сети дорог и редакторе инфраструктуры.

B качестве входных данных поездной модели используется информация о структуре поездопотоков на обследуемой железнодорожной линии с учетом всех примыкающих направлений. Эта структура представляет собой статистические данные о количестве, массе и длине грузовых поездов, пропускаемых за сутки месяца наибольших перевозок, и дополняется расчетными данными на перспективу.

3 Режимы движения и алгоритм модели

В режиме движения поездов без обгона («параллельный график») разрешается или

Рис. 1. Структурная схема функционирования ИМПП

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/2

20

Проблематика транспортных систем

запрещается движение грузовых поездов с обгоном. Данный режим не влияет на движение поездов, движущихся по заданному расписанию.

При организации движения без обгонов для каждого грузового поезда в очереди проверяется возможность его пропуска по всему участку без остановок, начиная с первого свободного для движения интервала между пассажирскими поездами. В зависимости от выбранной дисциплины обслуживания этот интервал отсчитывается относительно момента начала моделирования либо относительно момента появления поезда в системе. При этом выполняется проверка того, что ни один из следующих за моделируемым грузовым поездом пассажирский поезд не будет задержан.

При движении с обгоном используется аналогичный алгоритм, отличие его состоит в том, что указанные проверки проводятся лишь на тех участках, где остановка поезда запрещена на любой из станций по причине отсутствия свободных путей или путей достаточной полезной длины.

В случае достижения станции, где остановка грузового поезда возможна, при необходимости производится его обгон пассажирскими поездами либо продолжается безостановочное движение до следующей подходящей для обгона станции.

Для определения параметров движения пассажирских поездов возможно использовать тяговые расчеты или расписание.

Режим изменения скорости пассажирских поездов в процентах от скорости, полученной с помощью тяговых расчетов, обеспечивает возможность оценки пропускной способности железнодорожной линии в широком диапазоне изменения скоростей пассажирских поездов.

4 Обслуживание поездов

Для упорядочения последовательности событий используется алгоритм обработки очереди поездов: первый пришел - первый вышел.

В описываемой модели все пассажирские и пригородные поезда имеют высший приоритет, что обеспечивает создание очереди на первоочередное обслуживание этих поездов в порядке, определяемом расписанием их движения. Дисциплина обслуживания грузовых поездов предусматривает использование одного из двух основных правил их размещения в очереди на обслуживание:

1. Моменты времени появления грузовых поездов на входе системы обслуживания первоначально не заданы, приоритет поезда задается порядком его выбора из общего списка грузовых поездов данного направления. Это предусматривает пропуск поезда по маршруту следования в ближайший подходящий момент модельного времени и реализует очередь типа FIFO: первый вошел - первый вышел. Равенство моментов времени отправления поездов и наличие информации о состоянии системы на любой момент модельного времени обеспечивает управление обслуживанием каждого поезда с учетом полного объема знаний обо всех обработанных ранее заявках с момента их возникновения до момента окончания моделирования. Это позволяет с минимальными затратами машинного времени оценивать теоретически достижимую максимальную пропускную способность.

2. Моменты времени появления грузовых поездов на входе системы обслуживания определяются порядком их выбора из общего списка грузовых поездов данного направления при равных приоритетах. Данное правило позволяет использовать информацию только о текущем (относительно времени возникновения заявки) состоянии системы, что обеспечивает выбор «наилучшего» с точки зрения модели поезда из всего их множества, ожидающего отправления в пределах одного и того же периода занятости входа. Подобный подход обеспечивает оценку пропускной способности, приближенную к реальным возможностям системы.

Для проверки корректности введенной в модель информации о сети железных дорог и отладки работы модели используется режим ведения протокола процесса моде-

2012/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

21

лирования. Использование данного режима существенно снижает производительность работы модели, поэтому рекомендуется включать его только при наличии проблем с данными или в случае получения «странных» результатов.

Интервал повторного старта поезда после неудачной попытки прогона используется в случае невозможности пропуска поезда на исследуемом участке в текущий момент модельного времени. Диспетчер модели выполняет последовательные попытки прогона поезда через заданный интервал времени до момента истечения текущих модельных суток или успешного пропуска поезда по участку.

Модель учитывает затраты времени на разгон и замедление поезда при его остановках.

В случае нагона грузовым поездом грузового или пассажирского нагнавший про-

должает движение со скоростью идущего впереди поезда, соблюдая интервал автоблокировки. При отключении данного режима время отправления поезда со станции подбирается так, чтобы он проследовал все блок-участки перегона на зеленые огни светофоров.

Максимальную длительность стоянки грузового поезда на станции для организации пропуска других поездов задает пользователь программы. В случае ее превышения попытка пропуска поезда считается неудачной и выполняется повторная попытка его пропуска с начальной станции отправления через заданный пользователем интервал времени.

Результаты имитационного моделирования пропуска поездов (рис. 2) по железнодорожной линии Мга - Лужская Октябрьской железной дороги в условиях реконструкции, запланированной на 2015 г, показывают, что

Пропускная способность участие Мга -Устъ-Луга Порт на 2015 г. в зависимости от длительности занятия путей парка приема

ст. Лужская

Декабрь

Ноябрь

Октябрь

Сентябрь ,

Август

Июль

I

< 20 ' ' ' '' ' ш . . |

Q. . 1

U 10 г -I

I

14 8 Длительность занятия пути,о

Рис. 2. Результаты имитационного моделирования пропуска поездов

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/2

22

Проблематика транспортных систем

средняя требуемая пропускная способность за месяц, равная 38 парам грузовых поездов в сутки, может быть достигнута при длительности занятия каждого пути парков приема и отправления станции Лужская не более пяти часов.

Заключение

Выделение «окон», необходимых для производства всех видов ремонтов инфраструктуры в 2015 г., позволит обеспечить требуемую пропускную способность линии при планируемых объемах перевозок и указанной длительности занятия станционных путей. Выделение «окон» начнет ограничивать требуемую пропускную способность при ее увеличении до значений, превышающих 70 пар поездов в сутки. Для достижения таких значений пропускной способности необходимо, чтобы средняя длительность занятия каждого пути парков приема и отправления станции Лужская не превышала 1,5 часа.

Результаты моделирования представляют собой дополнительные количественные обоснования планируемых на сети железных дорог организационных и реконструктивных мероприятий, обеспечивающих надежное

выполнение требуемых объемов и сроков настоящих и будущих грузовых перевозок.

Библиографический список

1. Оценка технико-экономической эффективности вариантов реконструкции железнодорожной сети на основе имитационного моделирования / И. М. Кокурин, С. Е. Миняев // Транспорт. Наука, техника, управление. - 2004. - № 6. -С.20-26.

2. Имитационное моделирование в системе эффективности инвестиций при модернизации железнодорожного транспортного узла : монография / Ф. С. Пехтерев и др. - СПб. : Внешвуз-центр, 2004. - 195 с.

3. Инновационные решения в управлении эксплуатационной работой железнодорожного транспорта с использованием имитационного моделирования : монография / Ф. С. Пехтерев и др. - СПб. : Внешвузцентр, 2009. - 88 с.

4. Оценка пропускной способности железнодорожных линий методом имитационного моделирования / И. М. Кокурин // Актуальные проблемы управления перевозочным процессом : сб. тр. ; под ред. д-ра техн. наук Ю. И. Ефименко. - Вып. 8. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2009. - С. 18-28.

2012/2

Proceedings of Petersburg Transport University