ПРЕДИКАТИВНОЕ ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ МУЛЬТИМОДАЛЬНЫМИ НАЗЕМНЫМИ ПЕРЕВОЗКАМИ
PREDICATIVE CONTROL OVER MULTIMODAL GROUND TRANSPORTATION

Настоящее изобретение относится к области предикативного диспетчерского управления мультимодальными наземными перевозками.
В больших городах пользователям предлагаются различные транспортные услуги: поезд, метро, трамваи, автобусы и т.д.
Управление такими услугами осуществляется независимо друг от друга и зачастую различными операторами.
В данном документе под мономодальной сетью понимается сеть, в которой используются транспортные средства одного типа, например, метро, автобус, трамвай, поезд. Оператор мономодальной сети контролирует услуги данной мономодальной сети согласно плану перевозок, т.е. плану осуществления остановок, ассоциированному с расписанием или частотой обращения. Зачастую оператор управляет набором мономодальных сетей без осуществления их эффективной синхронизации.
В целом мономодальная сеть характеризуется наличием централизованной системы управления, позволяющей управлять трафиком в соответствующей мономодальной сети. Система управления использует расписания для управления перемещением каждого транспортного средства, циркулирующего в упомянутой мономодальной сети. Расписание определяет время отправления с каждой станции на маршруте, нормальное время в пути между двумя станциями на маршруте, нормальную продолжительность стоянки и т.д. Упомянутое расписание динамически обновляется по ходу перемещения соответствующего транспортного средства оперативной информацией, например, интервалом относительно предшествующего транспортного средства, временем, необходимым для пересадки пользователей во время стоянки на станции и т.д.
Мультимодальная наземная транспортная сеть по определению является сетью, объединяющей в себе различные мономодальные сети и позволяющей пользователю попадать со станции отправления на станцию прибытия с помощью одной или нескольких служб общественного транспорта.
Однако в такой мультимодальной сети пользователю трудно эффективно минимизировать время в пути между станцией отправления и станцией прибытия, в частности, когда такая поездка включает в себя пересадку между двумя транспортными службами, т.е. станцию, позволяющую пользователю выйти из первого транспортного средства, обслуживающего первый маршрут первой мономодальной сети, для посадки на второе транспортное средство, обслуживающее второй маршрут второй мономодальной сети.
Пользователь может, к примеру, попытаться спланировать свою поездку путем обращения к базе данных, в которой содержится расписание различных транспортных служб. Однако упомянутые транспортные службы управляются независимо, теоретические расписания не скоррелированы, что может привести к непредвиденному времени ожидания на пересадочной станции.
Кроме того, теоретические расписания трудно соблюдать, т.к. если во время поездки первое транспортное средство опаздывает, второе транспортное средство может уже покинуть пересадочную станцию, прежде чем прибудет второе транспортное средство. Соответственно пользователь опоздает на пересадку и будет вынужден ждать следующего транспортного средства, обслуживающего второй маршрут, или заново планировать свою поездку. Частота следования транспортных средств на некоторых маршрутах низкая, и время ожидания пользователя может быть существенным.
Вследствие этого, даже если пользователь оптимизировал свою поездку, он вынужден совершить поездку увеличенной продолжительности. Поэтому воспринимаемое пользователем качество услуги не является оптимальным.
Для исключения подобных ситуаций, возникающих в независимо регулируемых службах, имеется необходимость в диспетчерском управлении работой мультимодальной транспортной сети.
Исходя из этого задачей изобретения, в частности, является предложение инфраструктуры диспетчерского управления работой мультимодальной транспортной сети.
Настоящее изобретение относится к инфраструктуре диспетчерского управления мультимодальной транспортной сетью, выполненной согласно прилагаемой формуле изобретения.
Настоящее изобретение станет более понятным после рассмотрения нижеследующего его описания, предложенного исключительно в качестве не носящего ограничительного характера примера и выполненного со ссылкой на единственный прилагаемый к описанию чертеж, представляющий собой схематическое изображение предлагаемой в изобретении инфраструктуры.
Показанная на чертеже инфраструктура 10 диспетчерского управления позволяет осуществлять диспетчерское управление упомянутой выше мультимодальной наземной транспортной сетью.
Мультимодальная сеть объединяет несколько мономодальных сетей, причем каждая мономодальная сеть включает в себя несколько маршрутов, по которым ходят однотипные транспортного средства.
Пересадочные станции, совместно используемые по меньшей мере двумя маршрутами двух различных мономодальных сетей, позволяют пользователям пересаживаться с одного маршрута на другой.
Таким образом, пересадочная станция позволяет пользователю пересаживаться с первого маршрута, обслуживаемого первыми транспортными средствами первой мономодальной сети, на второй маршрут, обслуживаемый вторыми транспортными средствами второй мономодальной сети.
Каждая мономодальная сеть оснащена обычной системой управления, позволяющей осуществлять динамическое управление циркулирующими в ней транспортными средствами. Такая система управления способна динамично оценивать график движения каждого из циркулирующих транспортных средств на текущий момент, в частности, исходя из оперативной информации.
Инфраструктура 10 диспетчерского управления позволяет иметь общее представление о трафике в мультимодальной сети и соответственно оптимизировать работу каждой мономодальной сети.
Инфраструктура 10 диспетчерского управления взаимодействует с имеющимися системами управления различных мономодальных сетей с целью диспетчерского управления мультимодальной сетью. В частности, инфраструктура 10 диспетчерского управления позволяет генерировать заданные значения для работы конкретной мономодальной сети, причем упомянутые заданные значения учитываются системой управления рассматриваемой мономодальной сети в качестве оперативной информации для разработки графиков движения циркулирующих транспортных средств.
Инфраструктура 10 диспетчерского управления динамично снабжает индивидуальную систему управления оперативной информацией вне рассматриваемой мономодальной сети. Система управления модифицирует график движения контролируемого транспортного средства и/или динамику его перемещения (например, путем адаптации скорости перемещения между двумя станциями) соответственно, осуществляя слежение за работой соответствующей мономодальной сети, хотя бы по соображениям обеспечения безопасности работы.
Инфраструктура 10 диспетчерского управления включает в себя первый уровень 11 и второй уровень 12.
Первый уровень 11, являющийся децентрализованным, включает в себя несколько локальных модулей 60 диспетчерского управления. Каждый модуль 60 связан с базой 62 данных о трафике, включающей в себя данные о трафике. Различные модули 60 соединены один с другим и с единым модулем 20 диспетчерского управления второго уровня 12 посредством соответствующей сети связи.
Второй уровень 12, являющийся централизованным, включает в себя единый модуль 20 диспетчерского управления, модуль 40 управления оперативной информацией и модуль 50 управления в кризисной ситуации.
Второй уровень 12 также включает в себя базу 22 данных архива, базу 24 данных правил и эксплуатации и базу 52 данных сценариев.
Первый уровень
Первый уровень 11 используется для доступа к локальной ситуации на каждой пересадочной станции мультимодальной сети и управления локальным трафиком на каждой пересадочной станции.
Каждый локальный модуль 60 диспетчерского управления ассоциирован с пересадочной станцией мультимодальной сети.
Модуль 60 взаимодействует с каждой из индивидуальных систем 64 управления мономодальными сетями, маршруты которых пересекаются на пересадочной станции, ассоциированной с модулем 60. Например, как показано на чертеже, модуль 60 взаимодействует с одной или несколькими автоматическими системами диспетчерского управления составами ATS (сокр. англ. Automatic Train Supervision), традиционно используемыми в мономодальной сети метро или в мономодальной трамвайной сети, и с одной или несколькими компьтеризованными системами управления эксплуатацией EAS (Exploitation Aided System), традиционно используемыми в мономодальной автобусной сети.
В более широком смысле, различные мономодальные сети, объединенные в мультимодальную сеть, должны базироваться по меньшей мере на работе динамических графиков движения, и предпочтительно на работе динамических графиков движения, которые могут быть откорректированы с малым временем отклика, составляющим, как правило, около одной секунды.
Модуль 60 способен осуществлять в реальном масштабе времени обобщение локального трафика на пересадочной станции, на которой он установлен, исходя из информации, сообщаемой ему системами управления, с которыми он взаимодействует, в частности, исходя из различных графиков движения циркулирующих транспортных средств, а также информации от других модулей 60. Данные, относящиеся к обобщению локального трафика, хранятся в базе 62 данных, ассоциированной с рассматриваемым модулем 60.
Модуль 60 реализует локальный механизм управления трафиком на пересадочной станции, на которой он установлен, в частности, механизм синхронизации между транспортными средствами различных мономодальных сетей, прибывающих и отправляющихся с данной пересадочной станции.
В связи с этим модуль 60 выполняет набор мультимодальных правил эксплуатации, позволяющих выработать по меньшей мере одно заданное значение в конкретной мономодальной сети исходя из обобщения локального трафика.
Набор правил эксплуатации, которые модуль 60 выполняет в текущий момент, предоставляется ему единым модулем диспетчерского управления исходя из рабочего профиля мультимодальной сети, как это описано ниже. Это именно тот набор правил, который определяет механизм управления, реализуемый модулем 60.
Например, при "штатном" рабочем профиле модуль 60 выверяет набор правил, обеспечивающий синхронизацию между двумя маршрутами двух мономодальных сетей, пересекающихся на пересадочной станции, ассоциированной с рассматриваемым модулем 60.
Такой набор правил заключается, например, в задержке отправления второго транспортного средства с использованием предельной величины, запланированной в рабочем плане соответствующего маршрута.
Более конкретно, исходя из обобщенной информации о локальном трафике, модуль 60 периодически оценивает задержку, с которой первое транспортное средство прибудет на пересадочную станцию.
Исходя из этой расчетной задержки модуль 60 вырабатывает заданное значение, представляющее собой задержку времени отправления второго транспортного средства с пересадочной станции относительно времени прибытия, запланированного в графике движения второго транспортного средства.
Затем заданное значение пересылается в систему управления, осуществляющую диспетчерское управление движением второго транспортного средства. После этого система управления обновляет график движения второго транспортного средства с учетом упомянутого заданного значения в дополнение к информации, которая обычно учитывается при диспетчерском управлении движением второго транспортного средства.
Упомянутое второе транспортное средство, относящееся ко второй мономодальной сети, удерживается на станции, чтобы учесть опоздание первого транспортного средства, относящегося к первой мономодальной сети, и позволить пользователям первого транспортного средства выйти из первого транспортного средства и пересесть на второе транспортное средство.
Однако введение задержки по времени для отправления второго транспортного средства не должно приводить к чрезмерным срывам графика движения после рассматриваемой пересадочной станции (не вызывать лавинный эффект). Таким образом, правило эксплуатации, выполняемое модулем 60, позволяет задерживать отправление только второго транспортного средства, если задержка остается в пределах предельной величины, запланированной оператором второй мономодальной сети.
Если локальный модуль 60 диспетчерского управления больше не может удерживать второе транспортное средство, несмотря на тот факт, что первое транспортное средство еще не прибыло, второе транспортное средство уезжает, не ожидая прибытия первого транспортного средства. Модуль 60 извещает единый модуль 20 диспетчерского управления о факте несоблюдения набора правил эксплуатации. Затем модуль 20 должен проанализировать причину такой аномалии и дополнительно ввести в действие новые правила эксплуатации, чтобы лучше управлять трафиком и обеспечивать пересадку между двумя мономодальными сетями на рассматриваемой пересадочной станции.
Правило эксплуатации обновляют, если величина расчетной задержки первого состава изменена при обобщении локального трафика.
Каждый раз, когда упомянутое заданное значение времени отправления второго состава изменяется, эти данные передаются другим модулям 60, так что последние обновляют свои локальные базы 62 данных, когда такие данные относятся к примененным правилам эксплуатации.
Как только второй состав действительно отправится со станции, модуль 60 прекращает обновление заданного значения скорректированного времени отправления второго транспортного средства и отправляет эти данные другим локальным модулям 60 диспетчерского управления и соответствующей системе управления.
Различные типы правил или групп правил могут применяться для динамичной модификации графиков движения, пересмотра приписки транспортного средства, модификации динамики движения транспортного средства между двумя станциями и т.д. В более широком смысле, заданное значение может быть сгенерировано правилом или группой правил для влияния на любой из параметров, которые способна регулировать система управления.
Второй уровень
Второй уровень 12 используется для доступа к общей ситуации во всей мультимодальной сети и для управления мультимодальной сетью с использованием плана перевозок.
Единый модуль 20 диспетчерского управления сконфигурирован для работы в трех возможных режимах.
В первом рабочем режиме или штатном режиме модуль 20 выбирает рабочий профиль мультимодальной сети автоматически или под воздействием оператора, исходя из множества параметров.
В базе 24 данных правил эксплуатации каждый профиль ассоциирован с наборами правил эксплуатации, которые должен выполнять каждый из модулей 60, когда выбран рассматриваемый профиль.
Например, среди заданных профилей имеется профиль "часы пик", правила эксплуатации которого отдают приоритет потокам пользователей (способствуя циркуляции транспортных средств по маршруту, используемому большим количеством пользователей), профиль "часы затишья", правила эксплуатации которого делают возможным предоставление приоритета станциям с небольшим сообщением (задерживая поезд, имеющий низкую частоту обращения, чтобы позволить пользователям осуществить пересадку), или профиль экономии энергии (с задержкой циркулирующего поезда не путем удержания поезда на станции, а путем ограничения скорости его движения между станциями).
Параметры для выбора профиля, к примеру, включают в себя время суток для определения, включает ли оно в себя часы затишья или часы пик и т.д.
Как только профиль выбран, правила, ассоциированные с соответствующим профилем, считываются из базы 24 данных правил эксплуатации и отправляются в каждый из модулей 60 для выполнения.
Следует отметить, что правила эксплуатации задаются в базе 24 данных. Каждое правило вытекает из оперативного анализа, проводимого различными операторами мономодальных сетей, зависящих от применения соответствующего правила, и оператором мультимодальной сети.
Во втором рабочем режиме или режиме "перегрузки" единый модуль 20 диспетчерского управления анализирует эволюцию поведения сети исходя из характерных событий.
Более конкретно, модуль 40 управления оперативной информацией способен определять мгновенное состояние трафика в мультимодальной сети. Мгновенное состояние трафика в мультимодальной сети может, к примеру, представлять собой множество переменных, каждая из которых ассоциирована с уровнем нагрузки в одной из точек мультимодальной сети.
В связи с этим модуль 40 собирает данные от различных источников информации. Такие данные могут быть оперативной информацией, предоставляемой диспетчерскими системами мономодальных сетей, контекстной оперативной информацией, такой как погодные данные или данные мониторинга с камер слежения. Эта информация различного вида обобщается модулем 40 с целью получения мгновенного состояния.
Мгновенное состояние сохраняется в базе 22 данных архива.
Модуль 40 способен сравнивать мгновенное состояние с предыдущим состоянием для определения изменений в мгновенном состоянии трафика, в частности, изменений в уровне нагрузки. Такая информация об изменении состояния затем сравнивается с аналогичной информацией, хранящейся в базе 22 данных архива, чтобы выявить характерные события, которые являются предвестниками ситуации перегрузки трафика.
Выявленные характерные события отправляются в реальном масштабе времени в единый модуль 20 диспетчерского управления.
Затем, исходя из типа принятого характерного события, модуль 20 способен предпринять контрмеры, позволяющие исключить эффекты насыщения и лавины.
Такие контрмеры представляют собой ввод в действие новых правил эксплуатации в каждом конкретном случае в одном или другом из модулей 60. И, как и прежде, такие правила задаются в базе 24 данных правил эксплуатации.
Упомянутые новые правила эксплуатации, выполняемые различными локальными модулями 60 диспетчерского управления, позволяют в наилучшей степени сохранить пропускную способность сети, чтобы исключить массовое скопление людей, что может ухудшить общую производительность сети.
Данный рабочий режим предназначен для устранения сбоев в работе функционирования, таких как повторяющиеся задержки движения или узкие места, выявленные в мультимодальной сети.
В третьем рабочем режиме или сокращенном рабочем режиме единый модуль 20 диспетчерского управления осуществляет диспетчерское управление мультимодальной сетью, когда часть сети недоступна, к примеру, в случае инцидента с пассажиром или недоступности инфраструктуры.
Если модуль 40 выявил характерное событие, свидетельствующее о сбое в работе, в модуль 50 отправляется ситуационный файл. Аналогично, модуль 60 может передавать наверх в модуль 20 основной сбой в работе.
База 52 данных включает в себя различные заранее заданные сценарии реконфигурации мультимодальной сети. Каждый сценарий ассоциирован с ситуационным файлом, а ситуационный файл ассоциирован с множеством возможных сценариев реконфигурации. Например, если на маршруте выявлена перегрузка на станции, сценарий может заключаться в исключении использования соответствующего транспортного средства в течение определенного времени, удержания транспортных средств на затронутом маршруте на предшествующих станциях или ввод в действие транспортных средств на объездном маршруте.
Модуль 50 в таком случае способен анализировать влияние реализации каждого сценария, ассоциированного с ситуационным файлом, на разрешение выявленного сбоя в работе. Потенциальный алгоритм, например, выполняется в каждом из таких сценариев для определения наилучшего из них, принимая во внимание соответствующие рабочие параметры, например, сокращение времени реконфигурации мультимодальной сети или возврата к нормальному трафику или повторной синхронизации различных пересадочных станций мультимодальной сети.
Сценарий, приводящий к максимизации производительности мультимодальной сети, выбирается в качестве наилучшего возможного сценария. Вследствие этого модуль 50 позволяет предвосхитить эффект влияния сценария на состояние трафика. Модуль 50 представляет собой средство помощи оператору при принятии решений. Сценарий, позволяющий предложить как лучшую реакцию на неисправность в терминах состояния трафика, выбирается оператором и отправляется в единый модуль 20 диспетчерского управления.
Более конкретно, каждый сценарий ассоциирован с множеством правил эксплуатации в базе 52 данных, правила эксплуатации, ассоциированные с наилучшим сценарием, отправляются модулем 20 в каждый из модулей 60, так что они реализуют их для эффективной реконфигурации работы мультимодальной сети, например, путем вывода из эксплуатации части маршрута мономодальной сети, перераспределения прикреплений и соответственно графиков движения транспортных средств, циркулирующих в данной мономодальной сети или соседних мономодальных сетях, или ввода в действие обходных маршрутов и подменных транспортных средств.
Конечно, в зависимости от необходимости, могут быть определены дополнительные рабочие режимы.