Обоснование эффективности диспетчерского регулирования на железнодорожных участках

УДК 656.22

Г. М. Грошев, Ю. И. Ефименко, А. В. Сугоровский, Ан. В. Сугоровский

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИСПЕТЧЕРСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ УЧАСТКАХ

Дата поступления: 30.09.2016 Решение о публикации: 06.10.2016

Цель: Важное место в оперативном управлении перевозками на основе плана формирования, графика движения поездов, технических норм использования перевозочных средств и инфраструктуры железных дорог занимает оперативное диспетчерское регулирование эксплуатационной работы. К настоящему времени недостаточно исследований, которые в полной мере позволяли бы оценить эффективность применяемых диспетчерских регулировочных приемов на участках, в узлах и сортировочных станциях с учетом специфики их работы и развитости инфраструктуры. Следует обосновать эффективность реализации диспетчерского приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке». Методы: Имитационное моделирование. При моделировании учтена неравномерность поступления поездов с внешней сети, для чего используются методы теории вероятностей. Результаты: Предложено формализованное представление реализации в имитационной модели регулировочного приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке». В результате экспериментов с имитационной моделью определены суммарные и средние суммарные задержки в ожидании обслуживания в течение первого месяца без применения приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке» и с его использованием. Установлено, что благодаря применению диспетчерского воздействия «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на железнодорожном участке» суммарные задержки в ожидании обслуживания меньше в среднем на 60 %, чем без его использования. В результате оценки экономической эффективности реализации приема диспетчерского регулирования «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке» установлено, что экономия эксплуатационных расходов в результате его применения для независимых участников перевозки может составить от 1 до 426 млн руб./год. Практическая значимость: Результаты исследования будут способствовать повышению эффективности диспетчерского регулирования эксплуатационной работы на участках.

Диспетчерское регулирование, эффективность, имитационное моделирование.

Gennadij M. Groshev, D. Eng, professor, spbgroshev@gmail.com; Juriy I. Efimenko, D. Eng., professor, zdsu@pgups.ru; Artem V. Sugorovskij, Cand. Eng., assistant professor, c123945@yandex. ru; * Anton V. Sugorovskij, Cand. Eng., gthdsq555@yandex.ru (Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University) SUBSTANTIATION OF EFFECTIVENESS OF SUPERVISORY CONTROL AT RAILROAD SECTIONS

Objective: Provide rationalization for the effectiveness of implementing the dispatching technique "Changing the train crossing or overtaking points at a railroad section". Methods: Simulation modeling. The modeling accounted for the irregularity of arrival of trains from an external network, to which end calculus of probability is employed. Results: The article suggests a formalized simulation model representation of the dispatching technique "Changing the train crossing or overtaking points at a railroad section". Experiments with the simulation model produced total and average values of resultant delays in awaiting service during the first month without applying the technique "Changing the train crossing or overtaking points at a railroad section" and with it. It has been established that with using the "Changing the train crossing or overtaking points at a railroad section" dispatcher method, total delays in awaiting service are on average reduced by 60 % when compared to the case when the technique was not used. During the evaluation of economic effectiveness of implementing the "Changing the train crossing or overtaking points at a railroad section" dispatcher control technique it was established that the economy

of operational costs resulting from its implementation for independent participants in the carriage may constitute from 1 to 426 million rubles annually. Practical importance: The results of the research will aid in improving the effectiveness of dispatcher control of rail track operation.

Dispatcher control, effectiveness, simulation modeling.

Введение

Диспетчерское руководство является основным элементом системы оперативного управления эксплуатационной работой железных дорог.

В условиях внедрения принципов рыночной экономики и реализации структурной реформы диспетчерские коллективы продолжают активно применять различные оперативные регулировочные меры для бесперебойного продвижения поездов по участкам и станциям, эффективного использования вагонов, локомотивов и локомотивных бригад, инфраструктуры железных дорог [1-3].

К настоящему времени явно недостаточно исследований и методических разработок, которые позволяли бы оценить эффективность применяемых диспетчерских регулировочных приемов на участках, узлах и сортировочных станциях с учетом специфики их работы и развитости инфраструктуры [4, 5].

В данной статье методом имитационного моделирования обоснована эффективность реализации диспетчерского приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке» [6,7] на однопутном участке. При моделировании учтена неравномерность поступления поездов с внешней сети, для чего используются методы теории вероятностей.

Формализованное представление реализации в имитационной модели регулировочного приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке»

Потребность в рассмотрении необходимости, возможности и выгодности (с точ-

ки зрения повышения участковой скорости движения всех взаимосвязанных поездов) изменения схемы и (или) пункта скрещения или обгона возникает в случае отклонения в движении хотя бы одного поезда перед станцией скрещения на 1-2 мин от графикового расписания.

В этом случае возможны два варианта работы:

- диспетчер либо продолжает работу с сохранением установленных графиком пунктов скрещения или обгона;

- либо осуществляет оперативные мероприятия по их изменению.

В результате регулировочных мер должны быть выполнены заданные размеры движения, время подвода поездов к участковым и сортировочным станциям, а также к станциям массовой погрузки и выгрузки, достигаться максимально возможная участковая скорость движения грузовых поездов и другие показатели действующего графика.

Формализованное представление реализации в имитационной модели регулировочного приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке» дано на рис. 1.

Имитационное моделирование

В результате экспериментов с имитационной моделью определены суммарные и средние суммарные задержки в ожидании обслуживания в течение первого месяца без применения приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке» и с его использованием. На рис. 2 представлены графики изменения этих задержек.

Из рис. 2 следует, что межоперационные простои в течение месяца имеют значительные

Рис. 1. Формализованное представление реализации в имитационной модели регулировочного приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке»: Ы(к)(п(к)) - входящий поток поездов, состоящий из к категорий, который характеризуется

неравномерностью внутри года, месяца и суток; Т(?.) - продолжительность операций, производимых с входным потоком поездов; Я(т) - ресурсы транспортной системы; У(у ) -отклики модели; А(а) - случайный компонент в технологии работы; и(и) - управляющее

воздействие [8-11]

20

16

л

и га

т

о

s

аз о

S

О.

S

СО

со

12

\

4si II ¡»7 4 I

X X 1 uuuu4u О J. 1 J L '

V £ /-А YSl

т т _ -ГУ' _ _ _ _2i14_ _ _ _

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12131415161718192021222324252627282930

Время, сутки

Рис. 2. Графики суммарных

колебания, а средние суммарные задержки в ожидании обслуживания с применением диспетчерского приема (2,14 поездо-часа) ниже задержек без его применения (6,58 поездо-часа).

В результате дальнейших экспериментов с моделью определены суммарные задержки

в ожидании обслуживания за каждые сутки в течение года без применения приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке» и с его использованием. На рис. 3 представлены графики изменения этих задержек.

3 12

о

га у

о

<и о

и о

О. С

л

X

а. со S

S

>>

о 0)

9

о.

О

Yi=j

Y2=j>

6 7 Месяцы

10 11

12

Рис. 3. Графики изменения средних суммарных задержек в ожидании обслуживания в течение года без применения приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов

на участке»

На рис. 3 видно, что благодаря применению диспетчерского приема суммарные задержки в ожидании обслуживания меньше в среднем на 60 %, чем без его использования.

Оценка экономической эффективности реализации приема диспетчерского регулирования «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке»

Целесообразность изменения схемы и пунктов скрещения или обгона поездов можно оценить через дополнительные эксплуатационные расходы, возникающие вследствие простоев составов в ожидании обгоняемых либо составов под скрещение, по причине сохранения установленных пунктов скрещения или обгона вместо их оптимизации по критерию «минимум (суммарный) задержек поездов при скрещении или обгоне» [12].

Оценка экономии эксплуатационных расходов от реализации регулировочного приема [13-15] в годовом исчислении для независимых участников перевозки (владельца инфраструктуры - ОАО «РЖД», оператора подвижного состава, грузовладельца) может

быть определена по приведенным ниже формулам соответственно.

Для ОАО «РЖД» экономия эксплуатационных расходов за счет сокращения простоя вагонов за год определена по формуле, тыс. руб.:

Э = т • АУ • е • 365 • 10-3,

в-ч в-ч '

где т - количество вагонов в составе; АУ -суточное сокращение времени на обработку поездов на станции, поездо-ч; е - расходная ставка на 1 ваг. -ч, руб.:

Эв-ч = 71-4,44-11,68-365-10-3 = = 1343,93 тыс. руб.

Для оператора подвижного состава экономия эксплуатационных расходов за счет ускорения оборота собственных вагонов оператора за год определена по формуле, тыс. руб.:

Эб =

оо.ваг

e • m

AY • 365  10-

где т - количество вагонов в составе; АУ - суточное сокращение времени на обработку поездов на станции, поездо-ч; еу - приведенная

стоимость 1 вагоно-часа простоя условного вагона:

Э = 18,64 • 71 • 4,44 • 365 • 10-3 =

пто 7

= 2144,76 тыс. руб.

Для грузовладельца эффект от ускорения доставки грузов за год рассчитан по формуле, тыс. руб.:

3Atpp =

ЦР • P-AY. m -Вгр • 24

•365-10

-3

где ЦПрр - средняя цена 1 т груза при нахождении на грузовых станциях, руб.; Рст - статическая нагрузка вагона, т; АУ - суточное сокращение времени на обработку поездов на станции, поездо-ч; т - количество вагонов в составе; агр - доля времени простоя вагона на грузовой станции в груженом состоянии:

ЭАйр= [10221 • 17,4 • 4,44 • 71 • 0,5 • 1/24] х

х 365  103 = 426 319,88 тыс. руб.

Заключение

В настоящей статье обоснована эффективность реализации диспетчерского приема «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке» с использованием имитационного моделирования.

В результате экспериментов с моделью установлено, что благодаря применению диспетчерского воздействия «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке» суммарные задержки в ожидании обслуживания меньше в среднем на 60 %, чем без его использования.

Оценка экономической эффективности реализации приема диспетчерского регулирования «Изменение пунктов скрещения или обгона грузовых поездов на участке» показала, что экономия эксплуатационных расходов в результате его применения для независимых участников перевозки может составить от 1 до 426 млн руб./год.

Библиографический список

1. Ефименко Ю. И. Железные дороги. Общий курс / Ю. И. Ефименко, В. И. Ковалёв, С. И. Логинов ; под ред. Ю. И. Ефименко. - СПб. : ПГУПС, 2013. - 503 с.

2. Грошев Г. М. Регулирование эксплуатационной работы железных дорог в современных условиях : учеб. пособие / Г. М. Грошев, А. Г. Ко-тенко, А. В. Гоголева, И. В. Кашицкий, Н. В. Климова, А. Р. Норбоев, Ант. В. Сугоровский. - СПб. : ПГУПС, 2013. - 71 с.

3. Campagna А. The Rail and Road Freight Transport in the Co-Modality Approach / A. Campagna // Proc. of the Workshop on Multimodal Transport and ICT: Result and Recommendations. INTERREG IIIC Project Port-Net. - 2006. - Р. 78-86.

4. Сугоровский Ан. В. Обоснование целесообразности применения методов и приемов организации работы с вагонопотоком на сортировочной станции / Ан. В. Сугоровский // Изв. ПГУПС. -2013. - Вып. 2 (35). - С. 74-81.

5. Сугоровский А. В. Развитие информационных технологий для повышения эффективности регулирования вагонопотоком / А. В. Сугоровский // Транспортные системы и технологии. - 2015. -№ 2(2). - С. 26-37.

6. Galvez-Fernandez Verteilte C. Ansatz zur Lösungzeitabhängige Probleme der multimodalen Verkehrsnetze / C. Galvez-Fernandez, D. Khadraoui, H. Ayed, Z. Habbas, E. Alba // Fortschritte in Operations Research. - Hindawi: Hindawi Publishing Corporation, 2009. - 15 p.

7. Грошев Г. М. Имитационное моделирование оперативного регулирования на сортировочной станции / Грошев Г. М., Сугоровский А. В. // Вестник транспорта Поволжья. - 2013. - № 6 (42). -С. 10-15.

8. Сугоровский А. В. Подготовка исходных данных для ввода в имитационную модель функционирования пассажирской технической станции / А. В. Сугоровский // Изв. ПГУПС. - 2010. - Вып. 1. -С. 11-21.

9. Сугоровский А. В. Методы рационализации работы с вагонопотоком на сортировочной станции / / А. В. Сугоровский // Вестник транспорта Поволжья. - 2013. - № 3 (39). - С. 44-53.

10. Ioannou Petros A. Intelligent freight transportation / Petros A. Ioannou. - Boca Raton Florida (USA): CRC Press Publ., 2008. - 342 p.

11. Brands T. Multimodal network design and assessment / T. Brands // 11th TRAIL Congress research. - November 2010. - Р. 1-5.

12. Грошев Г. М. Диспетчерское регулирование на сортировочной станции / Г. М. Грошев, А. Г. Ко-тенко, Ан. В. Сугоровский, М. М. Магомедов // Железнодорожный транспорт. - 2016. - № 2. - С. 47-54.

13. Грошев Г. М. Выбор способа доставки контейнеров между тыловым логистическим терминалом и морским торговым портом / Г. М. Грошев, В. Л. Белозеров, Н. В. Климова // Изв. ПГУПС. -2015. - Вып. 2 (35). - С. 117-122.

14. Белозеров В. Л. Использование прогрессивных форм транспортных услуг при организации работы припортовой станции / В. Л. Белозеров, Г. М. Грошев, В. И. Ковалев, Н. В. Климова // Изв. ПГУПС. - 2013. - Вып. 2 (35). - С. 31-43.

15. Гапанович В. А. Системы автоматизации и информационные технологии управления перевозками на железных дорогах: учебник для вузов ж.-д. транспорта / В. А. Гапанович, А. А. Грачев и др. ; под ред. В. И. Ковалева, А. Т. Осьминина, Г. М. Гро-шева. - М. : Маршрут, 2006. - 544 с.

References

1. Efimenko Ju. I., Kovaljov V. I.& Loginov S. I. Zheleznye dorogi [Railroads]. Basic course. Ed. by Ju. I. Efimenko. Sankt Peterburg, PGUPS Publ., 2013, 503 p.

2. Groshev G. M., Kotenko A. G., Gogoleva A. V., Kashitskij I. V., Klimova N. V., Norboev A. R. & Sugo-rovskij Ant. V. Regulirovanie jekspluatatsionnoj raboty zheleznykh dorog v sovremennykh usloviyakh [Controlling the field operation of railroads in a current setting]. Sankt Peterburg, PGUPS Publ., 2013, 71 p.

3. Campagna A. The Rail and Road Freight Transport in the Co-Modality Approach. Proc. of the Workshop on Multimodal Transport and ICT. Result and Recommendations. INTERREGIIICProjectPort-Net, 2006, pp.78-86.

4. Sugorovskij An. V. Obosnovanie tselesoobraz-nosti primeneniya metodov i prijomov organizatsii

raboty s vagonopotokom na sortirovochnoj stantsii. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putej soob-shcheniya [The St. Petersburg Transport University Bulletin], Sankt Peterburg, PGUPS Publ., 2013, issue 2

5. Sugorovskij A. V. Razvitie informatsionnykh tekhnologij dlya povysheniya jeffektivnosti reguliro-vaniya vagonopotokom [Developing information technologies for increasing the effectiveness of controlling the train car traffic volume].Transportnye sistemy i tekhnologii [Transport systems and technologies], 2015, no. 2

6. Galvez-Fernandez C., Khadraoui D., Ayed H., Habbas Z., Alba E. Ansatz zur Losungzeitabhangige Probleme der multimodalen Verkehrsnetze. Fortschritte in Operations Research. Hindawi, Hindawi Publ. Corp., 2009, 15 p.

7. Groshev G. M.& Sugorovskij A. V. Imitatsion-noe modelirovanie operativnogo regulirovaniya na sortirovochnoj stantsii [Simulation modeling of dispatching control at a railway yard]. Vestnik transporta Povolzh'ya [The Volga region transport bulletin], 2013, no. 6

8. Sugorovskij A. V. Podgotovka iskhodnykh dan-nykh dlya vvoda v imitatsionnuju model' funktsion-irovaniya passazhirskoj tekhnicheskoj stantsii [Preparing input data for the simulation model of holding sidings functioning]. Izvestiya Peterburgskogo univer-siteta putej soobshcheniya [The St. Petersburg Transport University Bulletin]. Saint Peterburg, PGUPS Publ., 2010, issue 1, pp. 11-21.

9. Sugorovskij A. V. Metody ratsionalizatsii raboty s vagonopotokom na sortirovochnoj stantsii [Methods for streamlining work with traffic at a railway yard]. Vestnik transporta Povolzh'ya [The Volga region transport bulletin], 2013, no. 3

10. Ioannou Petros A. Intelligent freight transportation. Boca Ration Florida (USA), CRC Press Publ., 2008, 342 p.

11. Brands T. Multimodal network design and assessment. Hth TRAIL Congress research, 2010, pp. 1-5.

12. Groshev G. M., Kotenko A. G., Sugorovskij An. V.& Magomedov M. M. Dispetcherskoe reguliro-vanie na sortirovochnoj stantsii [Dispatcher controls at a railway yard]. Zheleznodorozhnyj transport [Rail Transport], 2016, no. 2, pp. 47-54.

13. Groshev G. M., Belozerov V. L.& Klimo-va N. V. Vybor sposoba dostavki kontejnerov me-todu tylovym logisticheskim terminalom i morskim torgovym portom [Selecting the container delivery method for between a back-end logistics terminal and commercial sea port]. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putej soobshcheniya [The St. Petersburg Transport University Bulletin]. Sankt Peterburg, PGUPS Publ., 2015, issue 2, pp. 117-122.

14. Belozerov V. L., Groshev G. M., Kovalev V. I.& Klimova N. V. Ispol'zovanie progressivnykh form transportnykh uslug pri organizatsii raboty priporto-

voj stantsii [The use of progressive forms of transport services in organizing operation of a port railway station]. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putej soobshcheniya [The St. Petersburg Transport University Bulletin}. Sankt Peterburg, PGUPS Publ., 2013, issue 2

15. Gapanovich V. A., Grachev A. A. at al. Sistemy avtomatizatsii i informatsionnye tekhnologii uprav-leniyaperevozkami na zheleznykh dorogakh [Automation systems and information technologies for managing railway transportation]: college textbook. Eds: V. I. Kovaleva, A. T. Os'minina, G. M. Grosheva. Moscow, Marshrut Publ., 2006, 544 p.

ГРОШЕВ Геннадий Максимович - доктор техн. наук, профессор, spbgroshev@gmail.com; ЕФИМЕНКО Юрий Иванович - доктор техн. наук, профессор, zdsu@pgups.ru; СУГОРОВСКИЙ Артем Васильевич - канд. техн. наук, старший преподаватель, c123945@yandex.ru; СУГОРОВСКИЙ Антон Васильевич - канд. техн. наук, gthdsq555@yandex.ru (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).