Регулирование движения поездов на пригородных участках

УДК 656.22

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

РЕГУЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ПРИГОРОДНЫХ УЧАСТКАХ

Дата поступления: 10.07.2017 Решение о публикации:17.07.2017

Аннотация

Цель: На основе анализа традиционных способов регулирования движения поездов и эксплуатационных ситуаций, складывающихся в современной практике работы железных дорог, существует необходимость определения подхода к развитию теории регулирования движения поездов на пригородных участках. Методы: Применены методы моделирования и теории расчета и построения графика движения поездов. Результаты: Показана возможность развития устоявшейся методики организации пригородного пассажирского движения на железных дорогах за счет нового подхода - моделирования данных, лежащих в основе обеспечения пропускной способности пригородного участка. Показано, что основой такой технологии является тип графика движения. Установлено, что схемы расчетов по выбору типа графика, составленные согласно классической методике, могут в определенных случаях давать решения, отличные от традиционных. Сделан вывод, что неожиданный результат может быть достигнут в случае одновременного изменения как исходных протяженностей пригородных зон и исходного числа поездов по зонам, т. е. моделирования зонного графика, так и элементов графика движения в пределах областей, выделенных в соответствии с его периодами и названных конфигурациями. Необходимость определения и моделирования конфигураций объясняется практической потребностью учета интенсивности движения различных категорий поездов на пригородных участках. Приведен простейший пример чувствительности типа графика и значений пропускной способности к изменениям взаимного расположения поездов и элементов графика в конфигурациях. Практическая значимость: Новые теоретические выводы, полученные в результате анализа возможных итогов моделирования протяженности пригородных зон, числа пригородных поездов по зонам и их расположения в конфигурациях наряду с грузовыми и пассажирскими поездами, дают основу для научного обоснования усилий по созданию новой методики регулирования движения поездов на пригородных участках. Такая методика, построенная на принципах комплексного моделирования зонного графика и предложенных конфигураций графика движения, позволит существенно повысить гибкость организации пригородных перевозок, добиться снижения затрат времени пассажира на проезд и ожидание поезда при гарантированном выполнении установленного расписания. Как показывает анализ, положительное влияние предлагаемый подход окажет и на пропускную способность пригородных участков.

Ключевые слова: Пропускная способность, непараллельный график движения, зонный график движения пригородных поездов, конфигурация графика.

*Alexey G. Kotenko, D. Eng. Sci., associate professor, head of a chair, kotenko@pgups.ru; Andrey A. Grachev, Cand. Eng. Sci., associate professor, aagrachev@outlook.com; Timofey M. Shmanev, head of passenger service development and access grant to infrastructure of Ok-tyabrskiy region, t.schmaniov@yandex.ru (OAO RZhD) TRAIN TRAFFIC CONTROL AT SUBURBAN SECTIONS

Summary

Objective: There is a necessity to determine an approach to the development of train traffic control theory at suburban sections, on the basis of the analysis of conventional methods of train traffic control and service situations. Methods: Simulation methods, design theory and train traffic graphing were applied in the study. Results: The possibility of developing the conventional method of commuter service organization on railroads was demonstrated by means of a new data modeling approach, underlying the system of traffic handling capacity of suburban districts. It was shown, that the basis of such a technology is a train schedule modification. It was established that the schemes on selecting schedule modification, compiled in accordance with the standard methodology, may in some cases present the solutions different from conventional. It was concluded that an unexpected result might be achieved in case of simultaneous alteration of both the initial length of suburban zones and initial number of zone trains, that is zone schedule modeling, and elements of traffic schedule within regions, assigned in accordance with its periods and called configurations. The necessity in determination and modeling of configurations was justified by practical demand in traffic volume account of different types of trains at suburban sections. The simplest example of schedule modification and capacity values response to mutual position of trains and schedule elements in configurations was introduced. Practical importance: New theoretical conclusions, obtained as a result of the analysis of suburban areas' length modeling results, the number of zone suburban trains and their position in configurations along with freight and passenger trains, provide justification of and scientific background for efforts of creating a new methodology of train traffic control at suburban sections. Such a methodology, built on the principles of zone schedule integrated modeling and the introduced traffic schedule configurations, makes it possible to considerably increase the flexibility of commuter service organization, achieve the reduction of passenger time spent on a trip and train expectation with guaranteed execution of the fixed schedule. According to the conducted analysis, the introduced approach may have positive influence on the capacity of suburban sections as well.

Keywords: Train-handling capacity, nonparallel traffic schedule, area local trains' traffic schedule.

Введение

Теоретические основы организации пригородного движения на российских железных дорогах были сформулированы основателями эксплуатационной науки, в том числе известным практиком и петербургским ученым А. Н. Фроловым [1], в начале XX в., во времена монополии железнодорожного транспорта в пассажирском сообщении. На основании данных о пассажиропотоках и технических параметрах тяги и дорог ими определялись размеры движения, подбирались станции, которые могли быть использованы в качестве зонных, и строился график движения поездов в соответствии с рациональным типом.

Во второй половине XX в. коллективом ученых-эксплуатационников под руководством Ф. П. Кочнева была сформирована методика управления пригородными перевозками применительно к крупным промышленным центрам СССР [2]. Основной задачей, решаемой методикой, являлось обеспечение «вывоза» пассажиров в «часы пик» при минимальном использовании подвижного состава для снижения издержек железнодорожного транспорта и потребностей развития его инфраструктуры. Согласно этой методике, исходными данными для создания технологии организации пригородного движения являются пиковые характеристики пригородного пассажиропотока и пороговые эксплуатационные параметры пригородного участка.

Постановка проблемы

В отличие от реалий ХХ в., основанных на согласованности интересов пассажира и железной дороги, в XXI в. управление пригородными перевозками ставит проблему отдельного учета интересов перевозчика, владельца инфраструктуры и пассажира, которые уже не только не совпадают, но и зачастую вступают в противоречие [3].

Например, в качестве зонных станций в настоящее время используются только специально обустроенные станции оборота и, таким образом, решается задача не деления участка на зоны, а выбора типа графика движения. При этом в условиях недостатка пропускных способностей головных участков пригородных линий жертвуют не только рациональным типом графика (применяя параллельный тип), но и расчетными размерами движения поездов, минимизируя подвижной состав и создавая значительную перенаселенность вагонов.

Таким образом, с позиций эксплуатационной науки в основе проблемы организации современного пригородного движения лежит отсутствие гибкости в применении вариантов зонного графика, обеспечивающего баланс между суммарными издержками и затратами времени на осуществление поездки.

Вариативность зонного графика,

как основа регулирования пригородного движения

Как известно, организация пригородного движения из всех видов пассажирского сообщения требует наиболее тесного сочетания интересов железной дороги, перевозчика и пассажиров. Добиваются такого сочетания при помощи формирования зонного движения, исходя из соображения - чем больше зон, тем меньше затрат поездо-километров и поездо-часов, а также

меньше затрат пассажиро-часов, связанных с остановками (критерий - затраты времени пассажира на проезд и ожидание поезда).

Однако с определенного момента использование части станций в качестве зонных становится невыгодным для пассажира, поскольку увеличивает продолжительность поездки. В этом случае начинают вводить непараллельный график. При нем время в пути на дальнюю зону сокращается, но время ожидания возрастает для пассажиров и дальней, и ближней зон.

Теоретически возможное решение - отказ от жесткого деления на зоны путем использования гибких критериев для назначения станций оборота. Анализ показывает, что, выбирая из всех станций, где существует возможность оборота пригородного состава, можно подобрать те, которые устроили бы как перевозчика, так и значительно не повлияли бы на предпочтения пассажира.

Вместе с отказом от жесткого деления на зоны целесообразно ввести механизм моделирования графика движения пригородных поездов, сравнивая для этого затраты времени пассажиров на поездку при параллельном (Тп) и непараллельном (Тн) графиках.

Методика подобного сравнения хорошо известна. Например, для случая деления пригородного участка на две зоны и равномерном отправлении поездов

^ -Т -Т -II \ ( д Д1 II Л

Т = гТ + г11 =

IТ IТ IТ

I по + по

4 4

V уч У

+

IТ 111 I

1 +—+1по

V 2

V уч 'уч У

Т = гТ + г11 =

11 I

V

V уч

Т ^

+

ДТ

V V

I

II

уч

где 4, ^, 4, гН - затраты времени на поездку по I или II зоне при параллельном и непараллельном графиках (мин); IТ, 111 - длина I и II зон (км); ^, -интервал между поездами назначением на I или II зону (мин); V ,Ух - участковая и ходовая скорости (км/мин).

Условие выбора типа графика формулируется следующим образом:

• если Тп > Т, то для пассажира выгоден непараллельный график;

• если Тп < Тн, - то наоборот.

Анализ содержания формул (1) и (2) показывает, что их сравнение может приводить к неожиданному результату. Так, раскрывая скобки и исключая тождественные члены в (1) и (2), сравним нетождественные части. В случае двух зон и равномерного отправления поездов это

11

1 1

V

V уч

и

I1 -I11

по по

4 '

Выражая в частях (3) и (4) скорости через время и расстояние, а интервалы /*0, /¿0 - через пассажиропотоки А1 и А11, условие выбора типа графика можно свести к виду

• если 1,5 п > 1 5а

график,

1 1

А1 А11

1 1

А1 А11

то для пассажира выгоден непараллельный

у

если 1,5п < 1 5а — —, - то наоборот,

у

где п - количество остановок в пределах I зоны; а - количество мест в пригородном поезде.

Связь между длиной зон, числом остановок в пределах зоны, интервалами между поездами и их скоростью, а также количеством мест в поездах позволяет использовать свойство вариативности зонного графика достаточно широко. Регулируя через пассажиропотоки и емкость составов [4] размеры движения поездов, можно подбирать близкую к сочетанию интересов владельца инфраструктуры, перевозчика и пассажира конфигурацию графика, создавая условия для привлечения дополнительного спроса.

Непараллельный график,

как механизм регулирования пропускной способности

Главное ограничение, существующее при создании технологии работы головных участков пригородных линий, - недостаток их пропускных способностей.

Как уже отмечалось, в таких условиях часто жертвуют не только рациональным типом графика движения (применяя исключительно параллельный тип), но и расчетными размерами движения поездов, создавая значительную перенаселенность вагонов (в Московском железнодорожном узле до 1,7). И если в Москве и отчасти в Санкт-Петербурге с таким подходом можно смириться, то в остальных городах подобная организация, особенно в условиях конкуренции с автомобильным транспортом, вызывает деградацию пригородного железнодорожного сообщения. Так, сегодня к станции Новосибирск-Главный, обслуживающей третий по величине город России, примыкают пять железнодорожных направлений, по которым курсируют ежедневно всего порядка пятидесяти пар пригородных поездов.

Не случайно перед пригородными железнодорожными компаниями стоит задача привлечения пассажиров, актуальная даже для Москвы в связи со стремительным развитием Московского железнодорожного узла. Добиться этого возможно только в том случае, если время поездки пассажира с участием железной дороги будет меньше, чем без нее.

В Санкт-Петербурге, вследствие исторических причин, эта задача решаема априорно. Время поездки по железной дороге от станции метрополитена или железнодорожного остановочного пункта, расположенных по направлению на близлежащий город, меньше, чем на автотранспорте. Этот момент проиллюстрирован в таблице.

Время поездки между Санкт-Петербургом и близлежащими городами

вне «часа пик»

Вид транспорта Город

Петро-дворец Красное Село Гатчина Пушкин Колпи-но Всево-ложск Зелено-горск Сестро-рецк

Железная дорога 0:49 0:38 0:56 0:49 0:50 0:45 0:59 0:50

Автотранспорт 0:53 1:13 1:48 0:54 1:04 0:48 2:19 1:10

Применение в таких условиях графика движения с интервалами между поездами, соответствующими потребностям пассажира, может вызывать увеличение пассажиропотока. Условие - величина интервала не должна приводить к ситуации, когда общее время в пути, включающее ожидание поезда, по железной дороге будет превышать время в пути на автотранспорте. Как видно из данных, приведенных в таблице, добиться этого вполне реально. Однако сюда вмешивается проблема пропускной способности.

Общепринято, что пропускная способность при параллельном графике больше, чем при непараллельном. Но для пригородных линий это не всегда верно, результат зависит от взаимного расположения (конфигурации) поездов, назначением на разные зоны [5, 6]. Период конфигурации определяется по формуле

7пер = ^с ^к — -0+ ^ст + ^ з + ^пр ,

где Icc, I - интервалы отправления «скорохода» за «скороходом» и «тихохода» за «скороходом» (рисунок); N - число поездов в конфигурации; Дз - разность времени хода «тихохода» и «скорохода» (рисунок); I - интервал попутного прибытия.

пер

Пропускная способность за час интенсивного движения, согласно [7], при непараллельном графике составляет

=-60^-,

Iсс (N - 1) + I„ + Д з + 1пр

а при параллельном -

N = 60/1 .

п тт

Границей перехода от одного типа графика к другому является число поездов в конфигурации Nтр = (Дз +1 - 1сс) / (1тт - 1сс), в которой 1тт - интервал отправления «тихохода» за «тихоходом».

Моделируя число поездов по зонам, их взаимное расположение и элементы графика, можно добиться решения, когда пропускная способность при непараллельном графике окажется больше, чем при параллельном, и в то же время все преимущества непараллельного графика сохранятся.

Предложенные рассуждения справедливы лишь для линий, по которым осуществляется только пригородное движение.

Но, как правило, на одних и тех же железнодорожных путях совмещаются все виды движения: дальнее пассажирское, пригородное и грузовое. Важнейшей характеристикой пригородного пассажиропотока является наличие «часа пик», в течение которого размеры движения пригородных поездов превосходят среднесуточные. Поэтому пропускную способность

пригородных участков целесообразно определять для периодов интенсивного движения пригородных поездов. В оставшуюся часть суточного бюджета времени с учетом продолжительности технологического окна можно исходить из результатов анализа поездов преимущественного вида движения.

Таким образом, при разработке графика движения важно, как размещаются в конфигурации поезда не только пригородные, но и дальние, и грузовые. Моделируя порядок прокладки поездов в конфигурации, возможно пропустить их больше, чем может быть получено при формальном аналитическом расчете пропускной способности. Вызвано это тем, что в формулу расчета подставляется среднеарифметическое значение интервала между поездами. Заменяя его на средневзвешенное, можно вычислить более точно пропускную способность, регулируя результат расчета через изменение интервала.

Пример

При минимальном интервале между поездами 4 мин на участке, состоящем из четырех зон, период конфигурации составит 16 мин. Если предположить, что в течение часа на каждую зонную станцию следует отправить 3 поезда, то для пропуска дальних или грузовых поездов остается 12 мин. Включив по одному из этих поездов в каждую конфигурацию, можно пропустить как раз три поезда, что соответствует потребности большинства пригородных участков. Однако, учитывая возможные отклонения времени хода поездов от расчетных и необходимость выделения резерва для их исключения, реализовать предложенный сценарий не представляется возможным.

Следовательно, в тех случаях, когда можно использовать непараллельный график движения поездов, необходимо применять сегментацию пассажиропотока и назначать целевые поезда [8], т. е. использовать «шахматный» график. Такое регулирование способно увеличивать спрос на пригородные перевозки за счет уменьшения времени пассажира, затрачиваемого на поездку.

Заключение

Совершенствование устоявшейся методики организации пригородного пассажирского движения, благодаря регулированию длин зон, числа остановок в пределах зоны, интервалов между поездами и их скорости при создании технологии работы пригородных участков, позволяет повысить индекс удовлетворенности пассажира, не увеличивая издержек железнодорожного транспорта и потребностей развития его инфраструктуры [9-11].

Приведенные схемы расчетов по выбору типа зонного графика и определению пропускной способности на пригородных линиях, реализованные

в рамках классических представлений эксплуатационной науки, показывают, что результат может в определенных случаях отличаться от общепринятого [12]. Эффект достигается моделированием конфигурации графика. Предложенный в статье подход к выбору конфигурации может быть положен в основу методов регулирования движения поездов на пригородных участках.

Библиографический список

1. Фролов А. Н. Зонное пригородное движение / А. Н. Фролов. - Отдельный оттиск из Сборника ЛИИПС. - Вып. 97. - Л. : ЛИИПС, 1928. - 8 с.

2. Кочнев Ф. П. Пассажирские перевозки на железнодорожном транспорте : учебник для вузов ж.-д. транспорта / Ф. П. Кочнев. - 6-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1980. - 496 с.

3. О Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года (вместе с Планом мероприятий по реализации в 2008-2013 годах Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года) : постановление Правительства Российской Федерации от 17.06.2008 г. № 877-р.

4. Котенко А. Г. Регулирование перевозок в дальнем пассажирском сообщении на базе современных программно-аналитических комплексов / А. Г. Котенко, Е. А. Макарова, Т. М. Шманев. - СПб. : ПГУПС, 2017. - 36 с.

5. Артынов А. П. Пригородные пассажирские перевозки / А. П. Артынов, Н. У Дмитриев. - М. : Транспорт, 1985. - 160 с.

6. Кудрявцев В. А. Организация пассажирского движения / В. А. Кудрявцев, К. А. Белов, А. А. Грачев, А. С. Шумари. - СПб. : ПГУПС, 2002. - 52 с.

7. Инструкция по расчету наличной пропускной способности. - М. : ОАО «РЖД», 2011. - 305 с.

8. Грачев А. А. Технологические решения по организации пригородных перевозок / А. А. Грачев, О. А. Медведь // Железнодорожный транспорт. - 2012. - № 6. - С. 45-50.

9. Голоскоков В. Н. Инновационная логистика в реформировании и развитии сферы услуг пассажирского железнодорожного транспорта : монография / В. Н. Голоскоков. - М. : Креативная экономика, 2008. - 424 с.

10. Резер С. М. Логистика пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте : монография / С. М. Резер. - М. : ВИНИТИ РАН, 2007. - 516 с.

11. Шнейдер М. А. Экономика управления пригородными пассажирскими железнодорожными перевозками : монография / М. А. Шнейдер. - СПб. : Изд. «ООО Типография "НП-Принт"», 2015. - 252 с.

12. Нормативы для графика движения пассажирских поездов. - ОАО «Российские железные дороги» : распоряжение от 17.10.2006 г. № 2086 р.

References

1. Frolov A. N. Zonnoye prygorodnoye dvyzheniye [Regional suburban service]. Otdelniy ottysk iz Sbornyka Instytuta [Institute Collection offprint], 1928, issue 97, 8 p.

2. Kochnev F. P. Passazhyrskiye perevozky na zheleznodorozhnom transporte [Railway passenger traffic]. 6th ed., revised and updated. Moscow, Transport Publ., 1980, 496 p.

3. O strategii razvitiya zheleznodorozhnogo transporta v Rossiyskoy Federatsii do 2030 goda

4. Kotenko A. G., Makarova Y.A. & Shmanev T. M. Regulyrovaniyeperevozok v dalnem passazhyrskom soobshenii na baze sovremennykh programmno-analytycheskykh kompleksov [Transportation service regulation of long-distance passenger service based on current analytical software]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2017, 36 p.

5. Artynov A. P. & Dmytriyev N. U. Prygorodniye passazhyrskiye perevozky [Commutation service]. Moscow, Transport Publ., 1985, 160 p.

6. Kudryavtsev V.A., Belov K. A., Grachev A. A. & Shumary A. S. Organizatsiya pas-sazhyrskogo dvyzheniya [Passenger traffic organization]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2002, 52 p.

7. Instruktsiyapo raschetu nalychnoy propusknoy sposobnosty [Instruction on the available train-handling capacity]. Moscow, OAO "Russian Railways" Publ., 2011, 305 p.

8. Grachev A. A. & Medved O.A. Tekhnologycheskiye resheniya po organizatsii pry-gorodnykh perevozok [Technological solutions on commutation service organization]. Railway transport, 2012, no. 6, pp. 45-50.

9. Goloskokov V. N. Innovatsionnaya logystyka v reformyrovanii i razvitii sfery uslug passazhyrskogo zheleznodorozhnogo transporta [Innovative logistics in reformation and development of passenger railway transport services sector]. Moscow, Kreatyvnaya ekonomyka [Creative economics] Publ., 2008, 424 p.

10. Rezer S. M. Logystykapassazhyrskykhperevozok na zheleznodorozhnom transporte [Logistics of passenger operations on railway transport]. Moscow, VINITI RAN [VINITI RAS] Publ., 2007, 516 p.

11. Shneider M.A. Ekonomyka upravleniyaprygorodnymy passazhyrskymy zheleznodoro-zhnymy perevozkamy [Managerial economics of commutation service]. Saint Petersburg, OOO Typografiya "NP-Print" [ООО "NP-Print" typography] Publ., 2015, 252 p.

12. Normatyvy dlya grafika dvyzheniya passazhyrskykh poyezdov [Passenger trains' schedule specifications]. OAO "Rossiyskiye zhelezniye dorogy". Rasporyazheniye ot 17.10.2006 [OAO "Russian railways". Order dated 17.10.2006], no. 2086r.

*КОТЕНКО Алексей Геннадьевич - доктор техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, kotenko@pgups.ru; ГРАЧЕВ Андрей Александрович - канд. техн. наук, доцент, aagrachev@ outlook.com; ШМАНЕВ Тимофей Михайлович - начальник службы ОАО «РЖД», t.schmaniov@yandex.ru.

© Котенко А. Г., Грачев А. А., Шманев Т. М., 2017