Устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов
DEVICE FOR CONSTRUCTION OF FORECAST ENERGY-SAVING TRAIN SCHEDULES

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и предназначено для использования в системах регулирования движения поездов.
Известна система для управления высокоскоростным движением на железной дороге, в которой персональная электронно-вычислительная машина, установленная на автоматизированном рабочем месте поездного диспетчера, соединена через устройство сопряжения с пультом управления поездного диспетчера, вторая персональная электронно-вычислительная машина, установленная на автоматизированном рабочем месте поездного диспетчера, соединена с блоком памяти, в котором записан график исполнения движения, а персональные электронно-вычислительные машины, которые установлены на контролируемых пунктах, размещенных вдоль участка высокоскоростного движения, через устройства сопряжения соединены с аппаратурой диспетчерской централизации, средствами электрической централизации и средствами идентификации и контроля проследования поездной единицей, соответствующего контролируемого пункта (RU87986, B61L 27/00, 27.10.2009).
В известной системе не используется прогнозирование, поэтому управляющие воздействия могут распространяться лишь на самое ближайшее перемещение подвижной единицы. Таким образом, система может осуществлять формирование и контроль выполнения только текущих команд.
Известно устройство построения оптимальных энергосберегающих графиков движения поездов, содержащее блоки получения информации о проходе поездов, формирования и представления графиков движения, коррекции и контроля адекватности работы устройства, расчета системы тягового электроснабжения, блок формирования оптимального графика движения и расчета пропускной способности участка (RU73100, G06F 17/50, 10.05.2008).
Данное устройство предназначено для автоматического, непрерывного во времени ведения и анализа оптимального графика движения поездов электрифицированных железных дорог. Под оптимальным графиком движения понимается такой график движения, которому будут соответствовать минимальные эксплуатационные расходы, но при этом электроэнергетические параметры системы электроснабжения будут удовлетворять требованиям Правил Технической Эксплуатации железных дорог. Формирование оптимального графика в данном устройстве осуществляется исходя из расчета пропускной способности участка железной дороги. При этом не учитываются данные, касающиеся текущей обстановки на участке, кроме того, ряд начальных данных автоматически не могут быть учтены и должны вводиться вручную. По существу, в данном устройстве не производится учет различных категорий поездов в автоматическом режиме, что делает невозможным автоматическое построение графика движения поездов одновременно для всех железнодорожных транспортных средств, обращающихся на участке.
В качестве прототипа принято устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов, содержащее блок получения информации о текущем поездном положении, блок получения данных нормативного графика движения поездов, блок получения данных об условиях пропуска поездов, включающий данные о приоритетности категорий поездов, блок прокладки ниток пассажирских и электропоездов, блок развязки ниток пассажирских и электропоездов, блок прокладки ниток грузовых поездов, блок развязки ниток грузовых поездов и ниток пассажирских и электропоездов, блок формирования энергосберегающего графика движения, блок ручного ввода данных, блок моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути, блок хранения информации по полигону, включающий данные о профиле и плане пути, данные об остановочных пунктах - координата, количество, длина и специализация приемо-отправочных и дополнительных путей, данные о допустимых и разрешенных скоростях движения поездов на участках между остановочными пунктами, перечень столбов-километров, пикетов и расстояния между ними, длину и специализацию дополнительных путей, блок получения данных о планируемых «окнах», блоком извлечения информации по полигону из блока хранения информации по полигону, блок хранения прогнозного графика, блок передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, блок получения исполненного графика, блок сопоставления эталонного, прогнозного и исполненного графика, блок отображения и регистрации информации, причем первый вход блока прокладки ниток пассажирских и электропоездов соединен с выходом блока получения данных нормативного графика движения, второй вход блока прокладки ниток пассажирских и электропоездов соединен с выходом блока моделирования тяговых режимов поезда, при движении его по участку пути, выход блока соединен с первым из входов блока развязки ниток пассажирских и электропоездов, второй вход которого соединен с выходом блока получения данных об условиях пропуска поездов, с приоритетности движения поездов по категориям, а выход блока развязки ниток пассажирских и электропоездов соединен с первым входом блока прокладки ниток грузовых поездов, второй вход которого соединен с выходом блока моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути, а третий вход соединен с выходом блока получения данных нормативного графика движения, при этом выход блока прокладки ниток грузовых поездов соединен с первым входом блока развязки ниток грузовых поездов и ниток пассажирских и электропоездов, второй вход которого соединен с выходом блока получения данных о планируемых «окнах», первый вход блока формирования энергосберегающего графика движения соединен с выходом блока ручного ввода данных, а его выход соединен с входом блока хранения прогнозного графика, выход которого связан с входом блока передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов и с первым входом блока сопоставления эталонного, прогнозного и исполненного графиков, выход которого соединен с входом блока отображения и регистрации информации, а второй вход соединен с выходом блока получения исполненного графика (RU2487036, B61L 27/00, 10.07.2013).
Известное устройство имеет недостаточную эксплуатационную надежность графика движения поездов по высокоскоростным железнодорожным магистралям (ВСМ) в части обеспечения резервов его выполнения при проследовании раздельных пунктов и станционных путей технических станций, особенно в условиях смешанного пассажирского и грузового движения по ВСМ.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение точности формирования и соблюдения графика движения поездов по ВСМ и контроля его выполнения.
Технический результат достигается тем, что в устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов, содержащее блок получения информации о текущем поездном положении, блок получения данных нормативного графика движения поездов, выход которого соединен с первыми входами блока прокладки ниток пассажирских поездов и электропоездов и блока прокладки ниток грузовых поездов, ко вторым входам которых подключен выход блока моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути, вход которого соединен с выходом блока хранения информации по полигону через блок извлечения информации по полигону из блока хранения, выход блока прокладки ниток пассажирских поездов и электропоездов через блок развязки ниток пассажирских поездов и электропоездов, второй вход которого подключен к блоку получения данных об условиях пропуска поездов, включающих данные о приоритетности категорий поездов, соединен с дополнительным входом блока прокладки ниток грузовых поездов, выход которого соединен со входом блока развязки ниток грузовых поездов и ниток пассажирских и электропоездов, ко второму входу которого подключен блок получения данных о планируемых «окнах», блок формирования энергосберегающего графика движения поездов, входом соединенный с блоком ручного ввода данных, а выходом – с блоком хранения прогнозного графика, выход которого соединен с входом блока передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов и с первым входом блока сопоставления эталонного, прогнозного и исполненного графика, соединенного с блоком получения исполненного графика, а выход подключен к блоку отображения и регистрации информации, согласно изобретению введены два канала обработки информации, один из которых состоит из последовательно соединенных сервера предварительной обработки перегонной информации, блока нормативно справочной информации по участкам низкого уровня с учетом тяговых расчетов, блока имитационной модели участка в рельсовых цепях и продвижения поезда по высокоскоростной железнодорожной магистрали, блока эталонного графика пропуска поезда по участкам линии высокоскоростной железнодорожной магистрали и модуля проверки реализации графика на низком уровне и нормативно справочной информации тяги, а второй канал состоит из последовательно соединенных сервера предварительной обработки станционной информации, блока нормативно справочной информации по раздельным пунктам, блока имитационной модели графика движения поездов по высокоскоростной железнодорожной магистрали, блока эталонного графика прохождения раздельных пунктов высокоскоростной железнодорожной магистрали и модуля проверки реализации нормативного графика, при этом сервер предварительной обработки перегонной информации и сервер предварительной обработки станционной информации соединены с выходом блока получения информации о текущем поездном положении, первый и второй входы которого соединены соответственно с блоком датчиков прохождения границ рельсовых цепей и блоком датчиков прохождения границ раздельных пунктов, к которым подключены входы блока позиционирования поездов, соединенного с блоком спутникового позиционирования поездов, выход сервера предварительной обработки перегонной информации соединен с третьим входом блока прокладки ниток пассажирских поездов и электропоездов, а выход сервера предварительной обработки станционной информации соединен с третьим входом блока прокладки ниток грузовых поездов, выход блока развязки ниток грузовых поездов и ниток пассажирских и электропоездов соединен со вторыми входами модуля проверки реализации графика на низком уровне и нормативно-справочной информации тяги и модуля проверки реализации нормативного графика, а выходы этих модулей соединены соответственно со вторыми и с третьими входами блока формирования энергосберегающего графика движения поездов и блока сопоставления эталонного, прогнозного и исполненного графика, выход которого соединен с первым входом блока интеллектуального моделирования и управляющих ресурсов, выход которого соединен со вторым входом блока передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, выход блока позиционирования поездов соединен с входом блока идентификатора фрагментов графика движения поездов, выход которого через блок конструктора виртуальных раздельных пунктов соединен со вторым входом блока интеллектуального моделирования и управляющих ресурсов.
На чертеже приведена структурная схема устройства построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов.
Устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов содержит блок 1 получения информации о текущем поездном положении, блок 2 получения данных нормативного графика движения поездов, выход которого соединен с первыми входами блока 3 прокладки ниток пассажирских поездов и электропоездов и блока 4 прокладки ниток грузовых поездов, ко вторым входам которых подключен выход блока 5 моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути, вход которого соединен с выходом блока 6 хранения информации по полигону через блок 7 извлечения информации по полигону из блока хранения, выход блока 3 прокладки ниток пассажирских поездов и электропоездов через блок 8 развязки ниток пассажирских поездов и электропоездов, второй вход которого подключен к блоку 9 получения данных об условиях пропуска поездов, включающих данные о приоритетности категорий поездов, соединен с дополнительным входом блока 4 прокладки ниток грузовых поездов, выход которого соединен со входом блока 10 развязки ниток грузовых поездов и ниток пассажирских и электропоездов, ко второму входу которого подключен блок 11 получения данных о планируемых «окнах», блок 12 формирования энергосберегающего графика движения поездов, входом соединенный с блоком 13 ручного ввода данных, а выходом – с блоком 14 хранения прогнозного графика, выход которого соединен с входом блока 15 передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов и с первым входом блока 16 сопоставления эталонного, прогнозного и исполненного графика, соединенного с блоком 17 получения исполненного графика, а выход подключен к блоку 18 отображения и регистрации информации, два канала обработки информации, один из которых состоит из последовательно соединенных сервера 19 предварительной обработки перегонной информации, блока 20 нормативно справочной информации по участкам низкого уровня с учетом тяговых расчетов, блока 21 имитационной модели участка в рельсовых цепях и продвижения поезда по высокоскоростной железнодорожной магистрали, блока 22 эталонного графика пропуска поезда по участкам линии высокоскоростной железнодорожной магистрали и модуля 23 проверки реализации графика на низком уровне и нормативно справочной информации тяги, а второй канал состоит из последовательно соединенных сервера 24 предварительной обработки станционной информации, блока 25 нормативно справочной информации по раздельным пунктам, блока 26 имитационной модели графика движения поездов по высокоскоростной железнодорожной магистрали, блока 27 эталонного графика прохождения раздельных пунктов высокоскоростной железнодорожной магистрали и модуля 28 проверки реализации нормативного графика, при этом сервер 19 предварительной обработки перегонной информации и сервер 24 предварительной обработки станционной информации соединены с выходом блока 1 получения информации о текущем поездном положении, первый и второй входы которого соединены соответственно с блоком 29 датчиков прохождения границ рельсовых цепей и блоком 30 датчиков прохождения границ раздельных пунктов, к которым подключены входы блока 31 позиционирования поездов, соединенного с блоком 32 спутникового позиционирования поездов, выход сервера 19 предварительной обработки перегонной информации соединен с третьим входом блока 3 прокладки ниток пассажирских поездов и электропоездов, а выход сервера 24 предварительной обработки станционной информации соединен с третьим входом блока 4 прокладки ниток грузовых поездов, выход блока 10 развязки ниток грузовых поездов и ниток пассажирских и электропоездов соединен со вторыми входами модуля 23 проверки реализации графика на низком уровне и нормативно справочной информации тяги и модуля 28 проверки реализации нормативного графика, а выходы этих модулей соединены соответственно со вторыми и с третьими входами блока 12 формирования энергосберегающего графика движения поездов и блока 16 сопоставления эталонного, прогнозного и исполненного графика, выход которого соединен с первым входом блока 33 интеллектуального моделирования и управляющих ресурсов, выход которого соединен со вторым входом блока 15 передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, выход блока 31 позиционирования поездов соединен с входом блока 34 идентификатора фрагментов графика движения поездов, выход которого через блок 35 конструктора виртуальных раздельных пунктов соединен со вторым входом блока 33 интеллектуального моделирования и управляющих ресурсов.
Устройство выполняет следующие функции:
- построение прогнозного энергосберегающего графика движения поездов для заданных участков полигона железной дороги и интервала времени, например построение суточного графика;
- автоматическую передачу полученного прогнозного суточного энергосберегающего графика для исполнения, а также для персонала существующей вертикали управления поездной работой железнодорожного полигона;
- автоматизированную оценку выполнения прогнозного энергосберегающего графика движения поездов, например суточного, и выдачу соответствующих отчетных форм.
Устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов работает следующим образом.
Устройство функционирует в круглосуточном оперативном режиме. Устройство обеспечивает адаптивное управление движением на линиях с совместным движением высокоскоростных, пассажирских, грузовых и пригородных поездов.
Реализация всех функций осуществляется автоматически. При этом возможна настройка на работу устройства в режиме диалога с выдачей соответствующей информации по запросу пользователя. В режиме реального времени осуществляется автоматическая загрузка данных о текущем поездном положении на полигоне и условиях пропуска и осуществляется загрузка плановых «окон» на предстоящий период, например сутки.
На основании данных о поездном положении, об условиях пропуска местных поездов, поездообразовании в узлах и прогнозе подходов поездов на рассматриваемый участок должно осуществляться построение прогнозного графика движения поездов. При построении графика необходимо учитывать следующие исходные данные:
- топологию участков и направлений железной дороги (станции, длины перегонов, число путей, профиль перегонов и т.д.), принятые весовые нормы;
- систему автоблокировки и длины блок-участков, ограничения на интервалы попутного следования, накладываемые электроснабжением;
- размеры и структуру поездопотоков;
- плечи обращения локомотивов и локомотивных бригад;
- расписания движения пассажирских поездов и реальный график движения пассажирских поездов;
- расписания движения грузовых поездов и реальный график движения грузовых поездов, подход поездов с глубиной, достаточной для планирования;
- поездообразования на узлах на основании статистических данных;
- количество и длины станционных путей на участковых станциях и их специализацию;
- нормативные документы, определяющие технологию поездной работы на полигоне, постоянные и временные ограничения скорости движения;
- данные об «окнах» для проведения ремонтно-восстановительных работ.
Осуществляют ввод данных о поездоучастках, входных потоках поездов, условиях пропуска. При этом задают график движения поездов, оперативные данные, включающие в себя характеристики входных потоков поездов, характеристики каждого поезда и условия пропуска, и вспомогательные данные, включающие в себя данные об участке в виде множества логически связанных массивов данных, включающего в себя массивы данных, соответствующие, например, станциям или другим участкам пути, и характеризующие количество и длину путей, задают характеристики каждого поезда как составного распределенного объекта в виде массива данных, включающего данные о локомотивах и вагонах, также вводят данные об ограничениях скорости по состоянию пути и скорости, предписываемой показаниями светофоров, и профиле пути и т.д.
Осуществляют прием внешних команд, созданных системой и/или пользователем, причем, если принято несколько команд, решение принимается в соответствии с приоритетом команды, что исключает конкуренцию команд. Команды пользователя могут иметь более высокий приоритет на исполнение по сравнению с командами, созданными системой. Принимают данные от процессов моделирования в блоке 3 прокладки ниток пассажирских и электропоездов, блоке 4 прокладки ниток грузовых поездов, блоке 8 развязки ниток пассажирских и электропоездов и блоке 10 развязки ниток грузовых поездов и ниток пассажирских и электропоездов, результаты моделирования сохраняются в блоке 14 хранения прогнозного графика и в блоке 6 хранения информации по полигону, и отображают результаты в блоке 18 отображения и регистрации информации. При этом возможно остановить моделирование и вернуться к произвольно выбранному более раннему циклу.
Перерасчет прогнозного графика должен осуществляться по команде оператора или при наступлении заданного события - необходимости перерасчета прогноза.
Прогнозный суточный график должен передаваться в системы управления движением поездов в автоматическом режиме, где на его основе будут осуществляться суточное планирование и выполнение поездной работы грузового железнодорожного направления.
Устройство работает как с информацией о движении по перегону, так и с традиционным контекстом – в разрезе станций и раздельных пунктов.
Данные о проследовании точек границ рельсовых цепей с помощью блоков 29 датчиков прохождения границ рельсовых цепей и 30 датчиков  прохождения границ раздельных пунктов подаются на вход блока 1 получения информации о текущем поездном положении.
С учетом этой информации и данных, получаемых со спутников, блок 32 спутникового позиционирования поездов формирует реальное местоположение поездов разных категорий, информация о котором передается в блок 34 идентификатора фрагментов графика движения поездов с учетом позиций. При этом строится прогнозный график движения поездов.
Устройство работает как с информацией о движении по перегону, так и с традиционным контекстом – в разрезе станций и раздельных пунктов. Данные о проследовании точек границ рельсовых цепей с помощью датчиков блока 29 подаются на вход блока 1 получения информации о текущем поездном положении. Параллельно с этим данные о прохождении раздельного пункта (как в традиционном графике) проверяются и обрабатываются на сервере 24 предварительной обработки станционной информации.
Из блока 1 получения информации о текущем поездном положении информация попадает для проверки и предобработки на сервер 19 предварительной обработки перегонной информации.
Одновременно с этим нормативно-справочная информация о пути и перегоне из блока 6 хранения информации по полигону, с учетом тяговых режимов подвижного состава из блока 5 моделирования тяговых режимов поезда, поступает в блоки 3 и 4 прокладки ниток для прокладки графиков пассажирских и грузовых поездов.
В блоки 3 и 4 прокладки ниток также поступает информация о  нормативном графике из блока 2 получения нормативного графика движения поездов.
На вход блока 8 развязки ниток пассажирских и электропоездов передается информация из блока 9 получения данных об условиях пропуска поездов.
Результаты работы блока 8 развязки ниток пассажирских и электропоездов передают в блок 4 прокладки ниток грузовых поездов, так как график грузовых поездов прокладывается после развязанных конфликтов пассажирских поездов.
Результаты работы блока 4 прокладки ниток грузовых поездов передают в блок 10 развязки ниток грузовых поездов и ниток пассажирских и электропоездов, который выдает проект графика в модуль 23 проверки реализации графика на низком уровне и нормативно-справочной информации тяги.
Параллельно с этим производится разработка этого графика движения поездов с учетом нормативно-справочной информации блока 25 по раздельным пунктам, при этом в блоке 26 имитационного моделирования графика движения поездов ВСМ с учетом станций формируется эталонный график прохождения раздельных пунктов по ВСМ.
Таким образом, мы имеем два графика – график перегонный (на основе сигналов граничных точек рельсовых цепей) и график по раздельным пунктам (традиционный). Информация об этих двух графиках поступает в модуль 23 проверки реализации графика на низком уровне и нормативно-справочной информации тяги для интеллектуальных и логических проверок, а затем происходит выдача прогнозного графика.
После проверки реализации графика в блоке 12 формирования энергосберегающего графика движения поездов происходит построение энергооптимального графика с учетом данных ручного ввода из блока 13.
В блоке 16 сопоставления эталонного, прогнозного и исполненного графика производится сравнение исполненного, полученного из блока 17 получения исполненного графика, и прогнозного графика, полученного из блока 14 хранения прогнозного графика, и на основе этого сравнения в блоке 33 интеллектуального моделирования и управления ресурсов формируется корректирующее управляющее воздействие, которое потом подается через блок 15 передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов.
Процесс сопоставления эталонных и прогнозных графиков визуализируется на блоке 18 отображения и регистрации информации.
Преимущество устройства по отношении к прототипу состоит в том, что в прототипе предусмотрена только возможность движения при разделении перегона на блок-участки фиксированной длины и на графике отражается только движение по раздельным пунктам, в то время как в предлагаемом устройстве используются реперные точки как на перегонах так и  на раздельных пунктах. Вводится принципиально новое понятие – виртуальный раздельный пункт.
Виртуальный раздельный пункт для каждой категории поездов (и далее – для каждого поезда) позволяет точнее формировать и соблюдать график на скорости до 400 км/ч при движении по рельсовым цепям по системе с подвижными блок участками, кроме того, для каждого рода поезда формировать свой график. Виртуальный раздельный пункт также позволяет повысить пропускную способность и минимизировать потребности в развитии инфраструктуры за счет возможности, например, организовать скрещение грузового и скоростного поезда на перегоне, а не на станции. Например, график движения грузового поезда с сыпучим грузом можно совместить с графиком движения высокоскоростного пассажирского поезда, так как  для грузового поезда реперная точка может быть раздельным пунктом.
Информация о виртуальном раздельном пункте наряду с информацией о построенном прогнозном графике передается из блока 35 конструктора виртуальных раздельных пунктов в блок 33 интеллектуального моделирования и управляющих ресурсов, формирующий корректирующее управляющее воздействие, которое поступает через блок 15 передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов.
В устройстве (прототипе) необходимо было довести грузовой поезд до станции, отклонить его на боковой путь, пропустить пассажирский поезд и только потом отправить грузовой поезд. Новые возможности предлагаемого устройства обеспечиваются совместной работой вновь введенных блоков, а именно блоком 29 датчиков прохождения границ рельсовых цепей, блоком 30 датчиков прохождения границ раздельных пунктов, сервером 19 предварительной обработки перегонной информации, сервером 24 предварительной обработки станционной информации, блоком 25 нормативно-справочной информации по раздельным пунктам, блоком 20 нормативно справочной по участкам низкого уровня с учетом тяги, блоком 26 имитационной модели графика движения поездов по ВСМ с учетом станций, блоком 27 эталонного графика прохождения раздельных пунктов ВСМ, и блоком 33 интеллектуального моделирования и управляющих ресурсов.