УСТРОЙСТВО ПОСТРОЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ГРАФИКОВ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
APPARATUS FOR CONSTRUCTING ENERGY-SAVING TRAIN SCHEDULES

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и предназначено для использования в системах регулирования движения поездов.
Технология планирования и управления перевозками во многом определяется качеством сменно-суточного планирования в виде графика движения поездов.
Известно устройство для управления движением поездов, обеспечивающее управление движением на множестве секций железнодорожного пути, с осуществлением автоматической прокладки маршрутов поездов и управлением железнодорожной сигнализацией с помощью устройства диспетчерской централизации, и контроль прохождения поездов (заявка JP №2001341645, МПК: B61L 27/00, опубл. 11.12.2001 г.) - аналог.
Недостатком известного решения является то, что данное устройство не предназначено для решения прогнозных задач и не может быть для этого приспособлено.
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 единицы соответствующего контролируемого пункта (патент RU №87986 U1, МПК: B61L 27/00, опубл. 27.10.2009 г.) - аналог.
Известна система для управления движением подвижных единиц, содержащая множество пассивных элементов (приемоответчиков) для определения положения подвижной единицы. Мгновенное положение единицы в пределах сети линии определено непрерывным измерением текущего расстояния. Данные по участкам пути хранятся в центральном хранилище. Управление транспортным средством осуществляется передачей от центрального оборудования к каждой подвижной единице данных управления, сформированных на основании информации об отдельном относительном положении к ней наиболее близкой другой подвижной единицы (патент US №5740046, МПК: B61L 25/02, опубл. 14.04.1998 г.) - аналог.
В известной системе получаемые прогнозы могут распространяться лишь на самое ближайшее перемещение подвижной единицы. Таким образом, система может осуществлять формирование и контроль выполнения только текущих команд.
То же самое можно сказать о системе управления перемещением множества грузовых поездов через многомаршрутную железнодорожную систему повышенной эффективности и безопасности, описанной в патенте US №5828979, МПК: B61L 27/00, опубл. 27.10.1998 г.) - аналог.
Перемещения грузового поезда тщательно проконтролированы и организованы в соответствии с динамическим графиком, взаимным расположением всех поездов, ограничениями скорости и особенностями путевой топографии и состава поезда на основании реакции поезда при торможении и подаче мощности. Для формирования графиков движения поездов может быть использовано средство имитационного моделирования движения поездов (патент RU №2207279, МПК: B61L 27/00, опубл. 27.06.2003 г.) - аналог.
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 (патент RU 73100 U1, МПК: G06F 17/50, опубл. 10.05.2008 г.) - аналог.
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. Кроме того, хотя в данном документе и упоминается возможность анализа оптимального графика движения, данное устройство, по существу не содержит технических средств для анализа выполнения графика и автоматического сбора статистических данных по реализации прогнозного графика и соответствия этому графику графика исполненного движения.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение точности построения графика движения поездов с автоматическим учетом текущей обстановки и условий пропуска поездов, его анализа и получения данных по исполнению графика.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов содержит блок получения информации о текущем поездном положении и условиях пропуска, блок получения данных нормативного графика движения поездов, средства прокладки ниток поездов, блок формирования энергосберегающего графика движения поездов, один из входов которого связан с выходом блока ручного ввода данных, блок моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути, вход которого связан с выходом блока хранения информации по полигону через блок извлечения информации по полигону из блока хранения, блок получения данных о планируемых «окнах», блок передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, блок получения исполненного графика движения поездов, блок сопоставления прогнозного и исполненного графиков, при этом средства прокладки ниток поездов включают в себя блок прокладки ниток пассажирских и электропоездов, входами связанный с выходом блока получения данных нормативного графика движения, выходом блока получения информации о текущем поездном положении и выходом блока моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути, а выходом - с одним из входов блока развязки ниток пассажирских и электропоездов, вторым входом соединенный с выходом блока получения данных об условиях пропуска поездов, включающих данные о приоритетности движения поездов, а выход блока развязки ниток пассажирских и электропоездов связан с одним из входов блока прокладки ниток грузовых поездов, другие входы которого связаны с выходом блока получения данных нормативного графика движения, выходом блока получения информации о текущем поездном положении и выходом блока моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути, а выход блока прокладки ниток грузовых поездов связан с одним из входов блока развязки ниток грузовых и пассажирских поездов, другой вход которого связан с выходом блока получения данных о планируемых «окнах», а выход - с другим входом блока формирования энергосберегающего графика движения, выход которого связан с входом блока хранения прогнозного графика, выход которого связан с входом блока передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, одним из входов блока отображения и регистрации информации, другой вход которого связан с выходом блока сопоставления прогнозного и исполненного графиков, один вход которого связан с выходом блока хранения прогнозного графика, а другой вход - с выходом блока получения исполненного графика.
Устройство характеризуется тем, что для расширения функциональных возможностей содержит блок хранения информации по полигону, включающий данные о профиле и плане пути, данные об остановочных пунктах - координата, количество, длина и специализация приемо-отправочных путей, данные о допустимых и разрешенных скоростях движения поездов на участках между остановочными пунктами и т.д.
Технология планирования и управления перевозками во многом определяется качеством сменно-суточного планирования в виде графика движения поездов. В настоящее время в диспетчерских аппаратах на железных дорогах обеспечена полная автоматизация информационных потоков о текущем состоянии перевозочного процесса, работы всех причастных служб, представление объема работ и условий эксплуатации. Однако при этом отсутствует четкий автоматизированный механизм по интеллектуальному планированию перевозочного процесса (прогнозного графика) с учетом сложившейся обстановки и планируемых условий пропуска.
В настоящее время такое планирование осуществляется на основании личного опыта поездных, станционных и локомотивных диспетчеров.
Очевидно, что для повышения эффективности работы диспетчерского аппарата необходимо создание автоматизированной системы (устройства) разработки прогнозных графиков движения поездов, которая бы сочетала в себе функции построения графиков с учетом технологии перевозочного процесса и его оптимизации по ряду заданных критериев.
Предлагаемое 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.
Заявляемое решение конкретизировано на фиг.1, где приведена структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов содержит блок 1 получения информации о текущем поездном положении, блок 2 получения данных нормативного графика движения поездов, блок 3 получения данных об условиях пропуска поездов, включающих данные о приоритетности категорий поездов. Средства прокладки ниток поездов включают в себя блок (средство) 4 прокладки ниток пассажирских и электропоездов, блок (средство) 5 развязки ниток пассажирских и электропоездов, блок (средство) 6 прокладки ниток грузовых поездов, блок (средство) 7 развязки ниток грузовых поездов и ниток пассажирских и электропоездов. В устройство также входят блок 8 формирования энергосберегающего графика движения, связанный с блоком 9 ручного ввода данных, блок 10 моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути, блок 11 хранения информации по полигону, который может включать, например, 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, длина и специализация дополнительных путей и т.д. Устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов снабжено блоком 12 получения данных о планируемых «окнах» и блоком 13 извлечения информации по полигону из блока хранения. Также имеются блок 14 хранения прогнозного графика, блок 15 передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, блок (средство) 16 получения исполненного графика, блок (средство) 17 сопоставления прогнозного и исполненного графика, блок (средства) 18 отображения и регистрации информации. Блок 2 получения данных нормативного графика движения содержит, например, данные прибытия поезда в заданные пункты.
Особенности конструкции заявляемого решения и его работа приведены ниже.
Заявляемое устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов содержит блок 1 получения информации о текущем поездном положении и условиях пропуска, блок 2 получения данных нормативного графика движения поездов, средства прокладки ниток поездов, блок 8 формирования энергосберегающего графика движения поездов, один из входов блока 8 связан с выходом блока 9 ручного ввода данных, блок 7 моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути, вход которого связан с выходом блока 11 хранения информации по полигону через блок 13 извлечения информации по полигону из блока 11 хранения, блок 12 получения данных о планируемых «окнах», блок 15 передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, блок 16 получения исполненного графика движения поездов, блок 17 сопоставления прогнозного и исполненного графиков, при этом средства прокладки ниток поездов включают в себя блок 4 прокладки ниток пассажирских и электропоездов, входами связанный с выходом блока 2 получения данных нормативного графика движения, выходом блока 1 получения информации о текущем поездном положении и выходом блока 10 моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути. Выход блока 4 связан с одним из входов блока 5 развязки ниток пассажирских и электропоездов, другим входом соединенный с выходом блока 3 получения данных об условиях пропуска поездов, включающих данные о приоритетности движения поездов, а выход блока 5 развязки ниток пассажирских и электропоездов связан с одним из входов блока 6 прокладки ниток грузовых поездов. Другие входы блока 6 связаны с выходом блока 2 получения данных нормативного графика движения, выходом блока 1 получения информации о текущем поездном положении и выходом блока 10 моделирования тяговых режимов поезда при движении его по участку пути. Выход блока 6 прокладки ниток грузовых поездов связан с одним из входов блока 7 развязки ниток грузовых поездов и пассажирских и электропоездов, другой вход блока 7 связан с выходом блока 12 получения данных о планируемых «окнах». Выход блока 7 связан другим входом блока 8 формирования энергосберегающего графика движения, выход которого связан с входом блока 14 хранения прогнозного графика, выход которого связан с входом блока 15 передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, одним из входов блока 18 отображения и регистрации информации, другой вход блока 18 связан с выходом блока 17 сопоставления прогнозного и исполненного графиков. Один вход блока 17 связан с выходом блока 14 хранения прогнозного графика, а другой вход - с выходом блока 16 получения исполненного графика.
Получаемые блоком 1 нормативные графики и вариантные графики должны быть состыкованы на всем полигоне работы. Поэтому осуществляется проверка загружаемых данных на непротиворечивость и стыковка всех графиков в единый сквозной график по всему железнодорожному полигону работы.
Устройство построения прогнозных и графиков движения поездов содержит блок 1 получения информации о текущем поездном положении, блок 2 получения данных нормативного графика движения поездов. На основании этих данных производится прокладка ниток пассажирских и электропоездов с учетом категорий их пропуска и их развязка. Далее производится построение ниток грузовых поездов и их развязка с пассажирскими и электропоездами. Результаты выводятся на средства отображения и регистрации, а также в систему управления движением и сохраняются для автоматического сравнения с исполненным графиком.
Устройство функционирует в круглосуточном оперативном режиме.
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 реальных 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, то решение принимается в соответствии с приоритетом команды (блок 3), 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 блоках 4-7, результаты моделирования сохраняют блок 14 и блок 11, и отображает результаты блок 18. 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.
Информация о графике исполненного движения обновляется оперативно с задержкой, например, не более 3 минут от момента совершения операции с поездом. Информация по топологии и нормативным документам, определяющим организацию движения на полигоне, обновляется по мере ее изменения.
Информация о сформированном графике движения выгружается по требованию пользователя системы или автоматически с задержкой не более 3 минут относительно момента постановки задачи на выдачу информации.
Заявляемое устройство прошло апробацию с автоматизированной оценкой выполнения прогнозного суточного энергосберегающего графика движения поездов и с выдачей соответствующих отчетных форм по оценке исполнения суточного энергосберегающего графика движения грузовых поездов на направлении «Исилькуль-Челябинск» Южно-Уральской железной дороги в оперативном режиме.
Входная информация задачи
Анализ выполнения графика движения поездов по станциям выполняется для двух типов событий: прибытия и отправления. Для каждого события устройство определяет следующие параметры:
- общее количество поездов, зафиксированных на станции;
- количество поездов, прибывших/отправленных по расписанию;
- процент поездов, прибывших/отправленных по расписанию;
- количество опоздавших поездов;
- процент опоздавших поездов;
- количество поездов, прибывших/отправленных без расписания;
- процент поездов, прибывших/отправленных без расписания.
Для анализа структуры поездопотока выполняется расчет количества поездов по весовым категориям: 6000 т, 7000 т, 9000 т. Также выполняется подсчет количества сдвоенных поездов.
Анализ графика движения поездов по направлению выполняется для заданных полигонов (участков) по следующим параметрам:
- количество поездов на направлении;
- количество сданных за период поездов;
- скорости поездов;
- выполнение расписания;
- количество перегонов, пройденных с энергооптимальным временем хода;
- количество поездов, на 100% выполнивших энергооптимальный график;
- количество остановок;
- продолжительность остановок;
- количество остановок на поезд;
- продолжительность остановок на поезд.
В течение месяца поезда отправлялись со станций по твердым «ниткам» графика. В результате апробации были достигнуты цели: соблюдение дисциплины выполнения графика, ускорение продвижения поездопотока, экономия топливно-энергетических ресурсов за счет сокращения не предусмотренных графиком остановок грузовых поездов и следования их «по удалению» на желтый огонь светофора (3%), снижение эксплуатационных расходов на перевозки.