Вопросы повышения стабильности выполнения графика движения поездов

УДК 656.22

А. Г. Котенко, А. А. Грачев, А. В. Гоголева, Т. М. Шманев

ВОПРОСЫ ПОВЫШЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

Дата поступления: 16.01.2018 Решение о публикации: 24.01.2018

Аннотация

Цель: В настоящее время большая часть железнодорожных линий испытывает серьезные затруднения в пропуске возросшего потока грузовых поездов при значительных размерах пассажирского движения. В связи с этим существует необходимость повышения степени устойчивости графика движения поездов, т. е. создания в нем определенных резервов, позволяющих ликвидировать сбои. Методы: Применены методы моделирования, теории расчета и построения графика движения поездов. Результаты: Разработан метод прокладки поездов на основе моделирования конфигураций графика. Приведены характеристики конфигурации графика и условия ее создания. Рассмотрено влияние коэффициента использования пропускной способности на выбор схемы прокладки поездов в конфигурации, а также одного из важных факторов, вызывающих снижение устойчивости выполнения графика движения поездов, - несинхронности движения. Показано, что при выборе конфигурации необходимо увеличивать межпоездной интервал после пакета поездов, а при неизбежности обгонов - использовать время дополнительного съема. Предложено для устранения последствий несинхронности увеличивать интервалы не между всеми поездами, а компенсировать несинхронность после прохода некоторого числа поездов, которое должно определяться для каждого случая отдельно. Произведена оценка эффективности применения компенсирующего интервала путем расчета коэффициента съема для различных условий по трем вариантам. Сделан вывод, что компенсирующий интервал не только уменьшает влияние несинхронности, но и увеличивает пропускную способность. Рассмотрен пример повышения устойчивости графика движения на основе использования конфигураций на участке «Малая Вишера-Бологое» в нечетном направлении в период суток с 23.30 до 07.30. Практическая значимость: Применение конфигураций позволяет добиться более высоких реализуемых значений скорости и пропускной способности, ведет к выявлению дополнительных резервов и запасов времени, существенно повышающих устойчивость графика движения и, следовательно, стабильность его выполнения.

Ключевые слова: График движения поездов, его конфигурация и устойчивость, моделирование прокладки поездов, организация движения.

Alexey G. Kotenko, D. Eng. Sci., associate professor, head of a chair, kotenko@pgups.ru; An-drey A. Grachev, Cand. Eng. Sci., associate professor, aagrachev@outlook.com; *Anasta-siya V. Gogoleva, Cand. Eng. Sci., senior lecturer, gogoleva_asia@list.ru (Emperor Alexander I Petersburg State Transport University); Timofey M. Shmanev, head of service, t.schmaniov@yan-dex.ru (ОАО "RZhD") THE ISSUES OF TRAIN SCHEDULE FULFILLMENT STABILITY IMPROVEMENT

Summary

Objective: At present the majority of railway lines experiences serious difficulties in handling of the increased flow of freight trains with considerable amount of passenger traffic. In view of this there is a necessity to improve the level of train schedule stability by creating certain time slacks in it, which make it possible to eliminate errors. Methods: The methods of simulation, computational theory and construction of a train schedule graph were applied. Results: The method of train routing was developed on the basis of simulation of schedule configuration. The characteristics of schedule configuration and conditions of its creation were presented. The influence of train-handling capacity efficiency coefficient on the choice of a configured train routing diagram was studied, as well as one of the vital factors, causing degradation of train schedule fulfillment stability - disagreement in train traffic. It was shown that in case of selecting a configuration it was necessary to increase the headway between consecutive trains after a bunch of trains, and if train overtaking is inevitable - to use the time of extra removal. In order to eliminate the consequences of disagreement in train traffic, it was proposed to increase intervals not between all trains, but to compensate the disagreement after passage of a number of trains, the latter should be specified on an individual basis. The assessment of compensating interval efficiency was fulfilled by means of removal coefficient calculation for different conditions on three options. It was concluded that the compensating interval not only reduces disagreement impact, but also improves train-handling capacity. The example of train schedule stability improvement was considered on the basis of applying configurations at "Malaya Vishera - Bologoye" section on down trains within the period of time from 11.30 pm to 7.30 am. Practical importance: Application of configurations makes it possible to achieve higher implementable levels of speed and train-handling capacity, leads to the detection of time slacks and time buffers, which considerably increase train schedule stability and, consequently, the stability of its fulfillment.

Keywords: Train schedule, its configuration and stability, train routing simulation, operation of trains.

Введение

Соблюдение графика движения поездов - важнейшее условие работы железнодорожного транспорта. И поскольку отступления от плановых заданий неизбежны, перед специалистами постоянно стоит проблема выработки мероприятий, позволяющих минимизировать возможные отклонения движения поездов от графика. Наиболее важно гарантировать соблюдение расписания в пассажирском движении, поскольку оно, являясь неотъемлемой частью работы транспорта, имеет большое социальное значение. К главным показателям уровня пассажирской работы железных дорог, контролируемых ОАО «РЖД», относится стабильность [1]. Критерий стабильности включает в себя индикаторы неизменности расписания, частоты движения и времени фактического прибытия (отправления) поездов.

Известно, что стабильность в значительной степени зависит от качества разработки графика, определяемого соответствующей инструкцией [2], в частности от степени его устойчивости, т. е. наличия в нем определенных

резервов, позволяющих ликвидировать сбои*. Однако в настоящее время большая часть железнодорожных линий испытывает серьезные затруднения в пропуске возросшего потока грузовых поездов при значительных размерах пассажирского движения. Поэтому стали вновь актуальными предложения, направленные на поиск дополнительных графиковых резервов за счет использования таких приемов как изменение интервалов, применение специальных типов графика, повышение скорости движения [3-7].

Одним из предложений, относящихся к ряду новых, является моделирование прокладки поездов на основе создания конфигураций графика, позволяющее добиться более высоких реализуемых значений скорости и пропускной способности, а также условий для стабильного соблюдения расписания движения.

Понятие конфигурации графика движения

Термин «конфигурация графика движения» (далее - конфигурация) впервые появился в работах по автоматизации разработки графика движения поездов, как условное отображение во времени и пространстве полигона дороги, предназначенное для работы пользователя [8].

Позднее этот термин стал пониматься также в значении устойчивой схемы прокладки поездов в период суток, единой для выделенного участка [3].

Развивая последнее понимание конфигурации, характеристиками конфигурации будем считать количество поездов к. и их категорий I в ней, наличие в конфигурации преобладающей категории поездов, скорость движения поездов преобладающей категории V и продолжительность конфигурации на выделенном участке Тонф [9]. Под границами конфигурации будем понимать реальные или фиктивные линии хода поездов преобладающей категории.

При стыковании конфигураций на смежных участках различной протяженности из-за разного времени хода поездов на графике будем выделять свободные (резервные) зоны Трезерв (рис. 1).

Возможность создания конфигураций будем определять тем практическим обстоятельством, что поезда одной и той же категории, как правило, концентрируются в определенные периоды суток, создавая в это время преобладание одной категории над другими. Например, анализируя организацию движения на участке «Малая Вишера-Бологое» в нечетном направлении

* Брюккер Э. Технологическая стабильность графика движения и ее обеспечение /

Э. Брюккер, Ю. В. Дьяков // Совершенствование управления процессами перевозок на железнодорожном транспорте: сб. науч. трудов Моск. ин-та инженеров ж.-д. транспорта. -1982. - Вып. 716. - С. 134-142.

гуч1 ТГЛ

конф 1 резерв конф -—=+-

гг уч2 гр уч2

конф конф

Рис. 1. Схема расположения конфигураций на смежных участках

ТАБЛИЦА 1. Прокладка поездов в графике движения в нечетном направлении на участке «Малая Вишера-Бологое»

Число поездов

Пассажирские Грузовые

Период суток Продолжительность, мин е ы д н с Пассажирские е ы н д о р е ы д £ <а 3 н Всего поездов

о р орк С о г и з анз т с е

р П рТ Ме

23.30-07.30 480 0 34 1 2 2 39

07.30-11.30 240 3 8 0 0 1 12

11.30-16.30 300 6 1 0 1 2 10

16.30-23.30 420 6 7 1 3 3 20

И т о г о 1440 15 50 2 6 8 81

(табл. 1), можно определить 4 периода суток с различным сочетанием поездов разных категорий: два внутрисуточных периода с преобладанием обычных пассажирских, один - скоростных поездов и один период, где выделить преобладающую категорию поезда невозможно.

Для каждого обозначенного периода суток на участке может быть подобрана своя конфигурация. Целью построения конфигурации является ор-

ганизация внутри обозначенного периода суток безобгонных зон движения поездов всех категорий. При этом внутрисуточная неравномерность движения на участках будет определяться не только числом и скоростью поездов каждой категории, но и продолжительностью их движения от начальных и до конечных станций. Последнее обстоятельство позволяет разносить поезда разных категорий во времени, применяя такую конфигурацию, в которой взаимное влияние поездов может быть либо исключено, либо существенно снижено, что приводит к возможности увеличения продолжительности безобгонных зон.

Влияние коэффициента использования пропускной способности на выбор схемы прокладки поездов в конфигурации

Деление суток на периоды, в течение которых осуществляется пропуск поездов конкретной категории, дает возможность оценить необходимость увеличения пропускной способности. При этом расчет пропускной способности предлагается производить не за сутки, а собственно за выбранный период в поездах преимущественной категории.

Формально такую оценку можно провести, рассчитав коэффициент использования пропускной способности:

у = Ы'Ш,

где N - реализуемые размеры движения; N - наличная пропускная способность.

Если в один из периодов у ^ 1, то, создавая конфигурацию так, чтобы поезда, следующие с меньшей скоростью, не влияли на поезда, движущиеся с большей скоростью, или увеличивая число поездов в пакете, можно повысить пропускную способность.

Например, на практике число грузовых поездов, обращающихся по пассажирским линиям, как правило, невелико (как и наоборот), и их всегда можно пропустить между пакетами пассажирских поездов или при стыковании конфигураций.

Принцип моделирования конфигурации, обеспечивающий устойчивость графика движения поездов

Одним из важных факторов, вызывающих снижение устойчивости выполнения графика движения поездов на железнодорожной линии, является

несинхронность движения. Она проявляется в постоянном изменении интервала между поездами, которые то сближаются, то удаляются друг от друга, и ведет к отклонению средней ходовой скорости от расчетной. Чем меньше интервал между поездами, тем влияние несинхронности сказывается больше. Так, чрезмерное сближение поездов приводит к движению их под желтый сигнал светофора, что вызывает необходимость притормаживания (средняя скорость движения поездов на желтый сигнал на 30 %, а на красный - на 60 % ниже, чем на зеленый).

Основной результат проявления несинхронности движения поездов -отклонение времени хода At. При трехзначной автоблокировке максимальное значение А^ которое не повлияет на скорость движения позади идущего

1 1

поезда, составляет 3 I (рис. 2, а). Если же At > 3 I, то позади идущий поезд

вынужден снижать скорость (рис. 2, б).

Рис. 2. Влияние несинхронности на движение попутных поездов в пакете (I - нормативный межпоездной интервал; 1ф - фактический интервал между поездами;

I - предельно допустимый интервал)

Чтобы уменьшить влияние несинхронности, целесообразно к межпоездному интервалу I вводить поправку А!, величина которой тем больше, чем больше разброс отклонений от нормативных времен хода поездов. При этом для устранения последствий несинхронности выгоднее увеличивать интервалы не между всеми поездами, а компенсировать несинхронность после прохода некоторого числа поездов, которое должно определяться для каждого случая отдельно. Далее будем называть такой интервал компенсирующим:

I = I + М

Будем считать, что компенсирующий интервал зависим от условий организации движения поездов. Так, при классической трехзначной автобло-

кировке компенсирующий интервал кратен 1/3 расчетного интервала I [10]. Следует отметить, что инструкция по разработке графика движения также рекомендует выделять свободные полосы, но вне зависимости от условий организации движения поездов [2].

Влияние несинхронности на организацию движения особенно ярко проявляется при обгонах. Например, нестабильность движения пассажирских поездов может быть обусловлена задержками грузовых, так, как это показано на схеме, приведенной на рис. 3.

Рис. 3. Влияние несинхронности на движение поездов при обгонах

В случае, когда время опоздания грузового поезда на станцию обгона ¿ОП меньше времени дополнительного съема ¿дс, возникающего из-за несо-

впадения теоретической и фактической длин перегонов, отрицательных последствий не возникает (рис. 3, а). Если среднее опоздание грузового поезда

¿ОП, вызванное несинхронностью движения, больше среднего значения вре-

, ^ __

мени дополнительного съема то пассажирский поезд поступит на станцию

обгона также с опозданием. Естественно, будет задержано и отправление

обгоняемого грузового поезда (рис. 3, б).

Когда на участке суммарная продолжительность потерь из-за несинхронности движения меньше общего времени дополнительного съема Топ < Тдс, то в большинстве случаев опоздания грузовых поездов перекрываются их простоями на станциях в ожидании обгона. То есть появляется возможность повысить устойчивость графика движения за счет различного порядка прокладки поездов в конфигурации. Таким образом, дополнительный съем может компенсировать последствия несинхронности движения поездов.

Если же суммарная продолжительность потерь из-за несинхронности движения больше общего времени дополнительного съема Топ > Тдс, то целе-

сообразно увеличивать интервал попутного прибытия таким же образом, как межпоездной. Увеличение межпоездного и станционных интервалов ведет к росту времени съема поездов, а следовательно, к снижению пропускной способности. Поэтому увеличение съема поездов преобладающей категории целесообразно определять с помощью компенсирующего интервала I .

Для оценки эффективности применения компенсирующего интервала произведем расчеты коэффициента съема е для различных условий. Их будем вести по следующим вариантам:

1) по классической методике

_;гр(1 -А) + /пр +1от +t3 -1 I 1;

2) с учетом несинхронности

(1 - А) + 1пр + 1от + /р + t3 --—пр--—р—3-0,67;

I

3) используя I

_ ^р(1 -А) + 1пр + 1от +*р +*3 -0 75

I • 4/3 , ,

где tгр - время хода грузового поезда; А - отношение времени хода пассажирского tпc и грузового t поездов; Iпр - интервал попутного прибытия; Iот -интервал попутного отправления; t - время разгона; tз - время замедления; I - межпоездной интервал.

Данные расчетов приведены в табл. 2. Они показывают, что применение компенсирующего интервала не только понижает влияние несинхронности, но и повышает пропускную способность.

ТАБЛИЦА 2. Значения коэффициента съема

е, рассчитанный

t гр t пс I г р t з I пр I от А по классической методике с учетом несинхронности с учетом I ' ком

28 18 8 2 2 3 3 0,64 1,50 1,83 1,13

30 18 8 2 2 3 3 0,60 1,75 2,08 1,31

28 18 10 2 2 3 3 0,64 1,00 1,33 0,75

30 18 10 2 2 3 3 0,60 1,20 1,53 0,90

28 18 6 2 2 3 3 0,64 2,33 2,67 1,75

30 18 6 2 2 3 3 0,60 2,67 3,00 2,00

Для повышения устойчивости графика в дальнейшем можно при выборе конфигурации увеличивать межпоездной интервал после пакета поездов, а при неизбежности обгонов - использовать время дополнительного съема.

Повышение устойчивости графика движения на основе использования конфигураций

Вернемся к примеру, приведенному в табл. 1. На участке «Малая Вишера-Бологое» в нечетном направлении в период суток с 23.30 до 07.30 (продолжительность периода - 480 мин) необходимо пропустить 34 пассажирских поезда и 5 поездов иных категорий: 1 пригородный и 4 грузовых.

В общем случае для пропуска 34 пассажирских поездов при межпоездном интервале I = 6 мин требуется 204 мин. Время съема 5 поездов иных категорий (4 межпоездных интервала по 10 мин + 55 мин + интервалы попутного прибытия (3 мин) и отправления (2 мин)) - 100 мин. Таким образом, для пропуска всех поездов, запланированных на период суток с 23.30 до 07.30, в первом приближении требуется лишь 304 мин при бюджете в 480 мин.

Используя резерв времени 480 - 304 = 176 мин и моделируя прокладку поездов, можно создать конфигурацию из 7 пассажирских и 1 иного (например, грузового) поезда (рис. 4).

Продолжительность конфигурации (в мин) составит

Т = (к - 1) х I + (г - г ) + I = (7 - 1) х 6 + (149 - 94) + 2 = 93.

конф 4 гр ' 4 гр псу от 4 ' 4 '

Рис. 4. Возможная конфигурации графика на участке «Малая Вишера-Бологое»

в период с 23.30 до 07.30

С учетом интервала, обеспечивающего безопасность стыкования конфигураций (I = 3 мин), пропускная способность участка составит 5 конфигураций, что соответствует заданным размерам движения (5 х 7 = 35 (одна нитка в резерве) и 1 х 5 = 5). При этом образуются 9 мин дополнительного резерва и запас в tгр - tnc = 55 мин на 93 мин времени хода пассажирского поезда.

Очевидно, что выявленные резервы ведут к росту устойчивости графика движения и, следовательно, повышению стабильности его выполнения.

Заключение

Действующая инструкция по разработке графика движения предполагает составление графика в соответствии со строго нормированными условиями. При таком подходе сложно учесть опоздания, обусловленные резким изменением технического состояния инфраструктуры и подвижного состава, несоблюдением технологических нормативов стоянок на станциях, действием человеческого фактора и другими причинами.

Вместе с тем учет влияния таких факторов возможен путем создания конфигураций. Их применение выявляет дополнительные резервы и запасы времени, существенно повышающие устойчивость графика движения и, следовательно, стабильность его выполнения. Однако построение конфигураций требует использования особых приемов. Например, при выборе конфигурации необходимо увеличивать межпоездной интервал после пакета поездов, а при неизбежности обгонов - использовать время дополнительного съема.

Наиболее успешно конфигурации могут быть применены при комплексном подходе к построению системы организации движения, в частности пригородного. В [9] показано, что, моделируя число поездов по участкам (пригородным зонам), прокладку поездов в конфигурации и элементы графика, можно найти решение, при котором пропускная способность при непараллельном графике окажется больше, чем при параллельном, и в то же время все преимущества непараллельного графика сохранятся.

Библиографический список

1. Программа повышения качества транспортного обслуживания пассажиров в 2017-2019 гг. - Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 24 марта 2017 г. № 543р. - URL : http:// docs.cntd.ru/document/456076255 (дата обращения : 17.12.2017).

2. Инструкция по разработке графика движения поездов в ОАО «РЖД». - Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 31 декабря 2015 г. № 3201р. - М., 2015. - 81 с.

3. Артынов А. П. Пригородные пассажирские перевозки / А. П. Артынов, Н. У. Дмитриев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1985. - 161 с.

4. Макарочкин А. М. Использование и развитие пропускных способностей железных дорог / А. М. Макарочкин, Ю. В. Дьяков. - М. : Транспорт, 1981. - 287 с.

5. Архангельский Е. В. Расчет пропускной способности железных дорог / Е. В. Архангельский, Н. А. Воробьев. - М. : Транспорт, 1977. - 312 с.

6. Воробьев Н. А. График движения поездов / Н. А. Воробьев, А. Д. Каретников. -М. : Транспорт, 1979. - 301 с.

7. Сотников Е. А. Эксплуатационная работа железных дорог (Состояние, проблемы, перспективы) / Е. А. Сотников. - М. : Транспорт, 1986. - 255 с.

8. Ададурова Е. В. Составление парного параллельного графика движения поездов на однопутных линиях с применением ЭЦВМ / Е. В. Ададурова, Ю. С. Хандкаров // Кибернетика и автоматизация транспортных процессов : сб. статей / под общ. ред. А. П. Петрова, И. Я. Аксенова. - М. : Трансжелдориздат, 1960. - С. 157-172.

9. Котенко А. Г. Регулирование пригородных поездов на участках / А. Г. Котен-ко, А. А. Грачев, Т. М. Шманев // Бюл. результатов науч. исследований. - СПб. : ПГУПС, 2017. - Вып. 3. - С. 149-158.

10. Угрюмов А. К. Как определить оптимальный межпоездной интервал? / А. К. Угрюмов, А. А. Грачев // Железнодорожный транспорт. - 1989. - № 2. - С. 20-21.

References

1. Programmapovisheniya kachestva transportnogo obsluzhivaniyapassazhirov v 20172019 gg. [Passenger service upgrading program in 2017-2019]. Utv. rasporyazheniyem OAO "RZhD" ot 24 marta 2017 g., no. 543p. [Approved by the regulation of OAO "Russian Railways" dated March 24th 2017, no. 543p.] URL: http://docs.cntd.ru/document/456076255

2. Instruktsiyapo razrabotke grafika dvizheniyapoyezdov v OAO "RZhD" [Instruction on train traffic scheduling in OAO "Russian Railways"]. Utv. rasporyazheniyem OAO "RZhD" ot 31 dekabrya 2015 g., no. 3201p. [Approved by the regulation of OAO "Russian Railways" dated December 31st 2015, no. 3201p]. Moscow, 2015, 81 p.

3. Artynov A. P. & Dmitriyev N. U. Prigorodniyepassazhirskiyeperevozky [Commutation service]. 2nd ed., updated and revised. Moscow, Transport Publ., 1985, 161 p.

4. Makarochkin A. M. & Dyakov Y. V. Ispolzovaniye i razvitiyepropusknikh sposob-nostey zheleznikh dorog [Application and development of railroad tonnage capacity]. Moscow, Transport Publ., 1981, 287 p.

5. Arkhangelskiy Y. V. & Vorobyev N. A. Raschet propusknoy sposobnosty zheleznikh dorog [Railroad tonnage capacity calculation]. Moscow, Transport Publ., 1977, 312 p.

6. Vorobyev N. A. & Karetnikov A. D. Grafik dvyzheniyapoyezdov [Train schedule]. Moscow, Transport Publ., 1979, 301 p.

7. Sotnikov Y.A. Ekspluatatsionnaya rabota zheleznikh dorog

8. Adadurova Y. V. & Khandkarov Y. S. Sostavleniye parnogo parallelnogo grafika dvizheniya poyesdov na odnoputnikh liniyakh s primeneniyem ETsVM [Compilation of a pair con-

stant interval time table on single-track lines with electronic digital computer application]. Kiber-netika i avtomatizatsiya transportnikh protsessov: sbornik statey [Cybernetics and automatization of transport processes: collection of articles]. Under the general editorship of A. P. Petrov, I. Y. Aksenova. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1960, pp. 157-172.

9. Kotenko A. G., Grachev A.A. & Shmanev T. M. Regulirovaniye prigorodnikh poyez-dov na uchastkakh [Suburban trains control at sections]. Bulleten rezultatov nauchnikh issledo-vaniy [Bulletin of research findings], 2017, issue 3, pp. 149-158.

10. Ugryumov A. K. & Grachev A. A. Kak opredelit optimalniy mezhpoyezdnoy interval [How to determine optimum headway between consecutive trains]. Zheleznodorozhniy transport [Railroad transport], 1989, no. 2, pp. 20-21.

КОТЕНКО Алексей Геннадьевич - д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, kotenko@ pgups.ru; ГРАЧЕВ Андрей Александрович - канд. техн. наук, доцент, aagrachev@outlook.com; *ГОГОЛЕВА Анастасия Владимировна - канд. техн. наук, старший преподаватель, gogoleva_ asia@list.ru (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I); ШМАНЕВ Тимофей Михайлович - начальник службы, t.schmaniov@yandex. ru (ОАО «РЖД»).