Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Система управления процессами перевозок на наземном городском пассажирском транспорте 11
1.1. Управление процессами перевозок на наземном городском пассажирском транспорте 11
1.2. Классификация задач управления движением 25
1.3. Методы исследования пассажиропотоков 39
1.4. Анализ развития средств автоматизации управления наземным городским пассажирским транспортом 45
1.5. Постановка задачи исследования 58
Основные результаты и выводы по главе 62
ГЛАВА II. Централизованная система управления движением наземного городского пассажирского транспорта по выделенным полосам 64
2.1. Характеристики процесса перевозок наземным городским пассажирским транспортом 64
2.2. Структура автоматизированной системы управления процессами перевозок наземным городским пассажирским транспортом в условиях выделенных полос движения 86
2.3. Формализация планового и исполненного расписания движения подвижного состава 120
2.4. Алгоритмы централизованного управления движением подвижного состава 123
2.5. Обеспечение равномерности интервалов движения подвижного состава 137
Основные результаты и выводы по главе 140
ГЛАВА III. Исследование динамики автоматизированной системы диспетчерского управления наземным городским пассажирским транспортом при возмущениях, не превышающих ресурсы регулирования 142
3.1. Система управления движением подвижного состава как многомерная дискретная система 142
3.2. Уравнения отклонений времени хода в автоматизированной системе диспетчерского управления наземным городским пассажирским транспортом при отклонениях от расписания, не превышающих ресурсов регулирования 147
3.3. Динамика автоматизированной системы диспетчерского управления наземным городским пассажирским транспортом 151
3.4. Смещение исполненного расписания движения от планового в автоматизированной системе диспетчерского управления с алгоритмом управления по отклонению от заданного интервала с неизменной
стоянкой 158
Основные результаты и выводы по главе 164
ГЛАВА IV. Моделирование автоматизированной системы диспетчерского управления наземным городским пассажирским транспортом 165
4.1. Классификация маршрутов наземного городского пассажирского транспорта 165
4.2. Результаты экспериментальных исследований отклонений длительностей стоянок и времён хода по перегонам на маршрутах 174
4.3. Моделирование автоматизированной системы диспетчерского управления наземным городским пассажирским транспортом 196
Основные результаты и выводы по главе 199
ГЛАВА V. Автоматизированная информационная система планирования перевозочного процесса наземного городского пассажирского транспорта 200
5.1. Планирование перевозочного процесса наземного городского пассажирского транспорта 200
5.2. Синтез маршрутного расписания движения наземного городского пассажирского транспорта 207
5.3. Автоматизированная информационная система планирования работы наземного городского пассажирского транспорта 225
5.4. Оценка эффективности маршрутов наземного городского пассажирского транспорта 256
5.5. Оценка эффективности инвестиционного проекта создания автоматизированной информационной системы планирования перевозочного процесса наземного городского пассажирского
транспорта 265
Основные результаты и выводы по главе 276
Заключение 278
Литература
- Анализ развития средств автоматизации управления наземным городским пассажирским транспортом
- Формализация планового и исполненного расписания движения подвижного состава
- Динамика автоматизированной системы диспетчерского управления наземным городским пассажирским транспортом
- Результаты экспериментальных исследований отклонений длительностей стоянок и времён хода по перегонам на маршрутах
Введение к работе
Актуальность проблемы. Наземный городской пассажирский транспорт (НГПТ) несёт значительную нагрузку по перевозке населения и гостей мегаполиса. Обеспечение высокого качества наземных городских перевозок при постоянно увеличивающейся плотности движения требует улучшения использования пропускной способности транспортных магистралей города, повышения безопасности движения, эффективности и качества работы всей транспортной системы. В этих условиях усложняется управление движением единиц подвижного состава (ЕПС), становится более напряжённым труд работников НГПТ. Решение возникающих проблем тесно связано с внедрением автоматизированной системы управления процессами перевозок (АСУ ПП) с применением средств спутниковой навигации (ГЛОНАСС / GPS), созданием единого центра диспетчерского управления и обеспечения безопасности перевозок на НГПТ.
Значительный вклад в разработку методов управления и моделей для решения задач автоматизации на наземном общественном транспорте внесли российские ученые Афанасьев М.Б., Власов В.М., Корчагин В.А., Миротин Л.Б., Николаев А.Б., Прохоров В.Н., Спирин И.В. и другие. Анализ современных систем управления движением НГПТ, а также, используя опыт и подходы к решению задач автоматизации движения на магистральном железнодорожном транспорте и метрополитенах в работах российских ученых Абрамова В.М., Астрахана В.И., Баранова Л.А., Бестемьянова П.Ф., Василенко М.Н., Горелика В.Ю., Ерофеева Е.В., Козлова П.А., Никитина А.Б., Розенберга Е.Н., Сидоренко В.Г., можно сказать, что задачи планирования перевозочного процесса, управления движением ЕПС, оценки качества системы управления, обучения персонала, участвующего в управлении движением, и предоставления информационных сервисов могут и должны решаться в рамках единой системы. Следовательно, актуальным является решение проблемы создания автоматизированной системы управления процессами перевозок наземным городским пассажирским транспортом, которая позволяет комплексно решать перечисленные выше задачи.
В основе создаваемой системы должны лежать следующие принципы:
использование единой формализации при планировании и оперативном управлении движением ЕПС;
использование единых методов построения систем поддержки принятия решения;
реализация единого объектно-ориентированного подхода при создании математического и программного обеспечения;
создание единого информационного пространства средств автоматизации.
Решение поставленных перед системой задач на базе этих принципов позволит повысить качество управления процессами перевозок, эффективность внедряемых средств автоматизации, облегчить труд персонала, связанного с управлением движением ЕПС, улучшить информационное обеспечение на всех этапах перевозочного процесса, создать новые возможности обучения, обмена опытом и повышения квалификации работников НГПТ.
Целью исследований является повышение качества обслуживания пассажиров на основе создания методологического, математического, информационного и программного обеспечения АСУ ПП в городе.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести анализ и классификацию задач управления движением ЕПС, формализацию критериев качества управления, анализ современных методов управления движением ЕПС.
-
Разработать концепцию построения АСУ ПП НГПТ, включающую в себя формализацию задач, решаемых системой, синтез структуры системы и образующих её подсистем, распределение задач между подсистемами.
-
Провести формализацию задач планирования перевозочного процесса, которая позволит реализовать алгоритмы автоматизированного синтеза расписания движения ЕПС с учетом ограничений, существующих на реальных маршрутах.
-
Провести формализацию и синтез алгоритмов решения задач диспетчерского управления для выполнения планового расписания, оценки качества управления.
-
Разработать методы: формализации и анализа динамики систем централизованного управления движением ЕПС; аналитического и имитационного моделирования систем централизованного управления движением ЕПС на выделенных полосах.
-
Создать программно-аппаратные средства АСУ ПП НГПТ с использованием разработанных принципов построения системы, формализаций и алгоритмов.
На защиту выносятся следующие основные теоретико-методологические положения и результаты исследования:
-
Концепция, принципы построения и разработанная структура АСУ ПП НГПТ, включающая в себя анализ задач системы, создание иерархической структуры системы, распределение задач пользователей.
-
Единая формализация задач планирования процессов перевозок и оперативного управления движением ЕПС.
-
Алгоритмы решения задач централизованного управления движением на городском наземном пассажирском транспорте, методология и методы оценки качества централизованного автоматизированного управления перевозочным процессом НГПТ.
-
Программные средства АСУ ПП НГПТ, функционирующие в рамках единого информационного пространства с использованием разработанных формализаций, алгоритмов и моделей.
-
Теоретические подходы и методология оценки эффективности маршрутов НГПТ.
Методы исследования. Проведённые в диссертации исследования базируются на использовании методов системного анализа, математического моделирования, теории автоматического управления, теории графов, статистической обработки данных и объектно-ориентированного программирования.
Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается принятой методологией исследований, корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений, результатами длительной эксплуатации подсистем разработанной АСУ ПП НГПТ.
Научная новизна результатов, полученных автором диссертации, состоит в следующем:
-
Принципы построения АСУ ПП НГПТ и её структура.
-
Формализация процесса планирования работы муниципального пассажирского транспорта, теоретико-практические основы и методика составления маршрутного расписания движения ЕПС с учетом ограничений. -
Способы централизованного диспетчерского управления движением, обеспечивающего повышение качества обслуживания пассажиров.
-
Методы формализации и анализа динамики систем централизованного управления движением ЕПС на выделенных полосах.
-
Методы аналитического и имитационного моделирования систем централизованного управления движением ЕПС на выделенных полосах.
-
Доказательство эффективности использования алгоритмов управления по отклонению от планового расписания и алгоритмов управления по отклонению от заданного интервала при движении ЕПС по выделенным полосам.
Практическая ценность полученных результатов.
-
Разработанные принципы построения, методы диспетчерского управления и оценки качества управления лежат в основе создания АСУ ПП НГПТ, дающей возможность улучшить качество обслуживания пассажиров, повысить безопасность движения.
-
Автоматизация процесса планирования перевозок в части расчёта плановых расписаний движения позволила уменьшить время создания расписаний, повысить оперативность учета новых требований и ограничений, объективно оценивать качество составленного расписания.
-
Построение интегрированной модели маршрутной сети и формализация описания её функционирования в соответствии с принципами объектно-ориентированного программирования повысили производительность труда при создании программной реализации составляющих АСУ ПП НГПТ, единой базы данных и информационного пространства НГПТ.
-
Универсальность моделей и методов управления позволила использовать современные средства автоматизации.
-
Подсистемы АСУ ПП НГПТ могут использоваться на различных уровнях управления процессами перевозок для решения отдельных задач или входить в состав других систем.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли применение в управлении перевозочным процессом ГУП “Мосгортранс”.
Разработанные модели, алгоритмы диспетчерского управления, построения маршрутного расписания, оценки качества управления реализованы в средствах автоматизации диспетчерского управления движением ЕПС НГПТ г. Москвы.
Подсистема автоматизированного планирования перевозок АСУ ПП НГПТ внедрена на предприятиях ГУП “Мосгортранс”. В настоящее время с помощью этой системы ведётся расчёт плановых расписаний движения, определение показателей качества полученных расписаний 50% автобусных маршрутов г. Москвы.
Результаты исследований, проведённых в процессе работы над диссертацией, используются для оценки качества управления перевозочным процессом НГПТ г. Москвы, в учебном процессе кафедры “Управление и информатика в технических системах” Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Московского Государственного университета путей сообщения” (МГУПС (МИИТ)).
Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедр “Управление и информатика в технических системах” МГУПС (МИИТ), 2010 г. и “ Управление автотранспортом” Липецкого ГТУ, 2012 г.; объединённом семинаре лабораторий модульных систем обработки данных и управления (№20), распределённых автоматизированных информационных систем (№9), анализа и моделирования информационных процессов (№37) Института проблем управления (ИПУ им. В.А. Трапезникова) РАН, 2011 г.; 14-ой международной научной конференции “Проблемы управления безопасностью сложных систем”, г. Москва, 2006 г.; международной научной конференции “Проблемы регионального и муниципального управления”, г. Москва, 26.04.07; 8-ой научно-практической конференции “Безопасность движения поездов”, МИИТ, 2007 г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 32 работы, в том числе 14 публикаций в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 монографии.
Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (170 наименований), содержит 301 страницу основного текста, 50 рисунков, 25 таблиц.
Анализ развития средств автоматизации управления наземным городским пассажирским транспортом
Весь ГУП "Мосгортранс", с точки зрения организации перевозочного процесса, подразделяется на самостоятельные автобусные, троллейбусные парки, трамвайные депо, территориально распределённые в соответствии с градостроительной политикой г. Москвы.
Основные функции по управлению перевозочным процессом возложены на Службу движения, координирующую работу всех остальных служб по управлению процессами перевозок. В состав Службы движения входят центральный диспетчерский отдел, отдел оперативного управления движением, территориально-диспетчерские отделы, информационно-аналитический отдел изучения пассажиропотоков, отдел разработки расписаний движения, отдел паспортизации маршрутов [94, 143].
Количество единиц подвижного состава ГУП "Мосгортранс" на начало 2012 г. составляет 6691 автобусов, 1640 троллейбусов и 971 трамвайных вагонов. Протяженность маршрутной сети всех видов транспорта составляет более 7500 км. ГУЛ "Мосгортранс" эксплуатирует 636 маршрутов автобуса протяженностью более 6000 км., 89 маршрутов троллейбуса протяженностью более 900 км., 41 маршрут трамвая протяженностью более 400 км. На маршрутной сети НГПТ г. Москвы функционирует более 9000 остановочных пунктов [194].
Структура маршрутной сети НГПТ г. Москвы построена, исходя из его основной функции в общей транспортной системе города — интеграции с сетью станций метрополитена [161].
Метрополитен является скоростным внеуличным электрическим транспортом, отличающимся высокой провозной способностью и обеспечивающим быстрые, безопасные и комфортабельные межрайонные сообщения. Московский метрополитен перевозит около 2,4 млрд. пассажиров в год. На радиальных направлениях с пассажиропотоком от 25 тыс. чел. в час основным видом транспорта, в т.ч. и на перспективу должен оставаться метрополитен. В настоящее время метро перегружено в 1,5 раза. Но удлинение старых линий без дополнительных мер вызовет лишь дальнейшую перегрузку метро [65].
Проблема общей перегрузки метрополитена существеннее, чем проблема отсутствия метро в окраинных районах, поскольку перегрузка затрагивает устойчивость и комфорт транспортной системы всего города. Поэтому приоритетом развития метро должно являться не удлинение старых, а строительство новых линий через центр города с обеспечением максимума удобных пересадочных узлов. Однако увеличить число линий метро в полтора раза за разумное время не представляется возможным, поэтому необходимо максимально задействовать ресурсы НГПТ.
Универсальным способом разгрузки метро является развитие сети НГПТ на основе выделенных линий автобуса и скоростного трамвая. Например, на хордовых направлениях (связь соседних окраин), а также на радиальных направлениях между линиями метро, где поток не превышает 20-25 тыс. пасс, в час, наиболее целесообразным является развитие скоростного трамвая. Удельная стоимость линии скоростного трамвая в 10-30 раз меньше, чем линии метро, при этом пассажиры получают сравнимое качество транспортных услуг [20].
Кроме обеспечения связи районов города со станциями метрополитена НГПТ осуществляет выполнение радиальных, хордовых и кольцевых пассажирских перевозок при осуществлении внутрирайонных и межрайонных транспортных связей [105].
Благодаря новым хордовым связям при помощи НГПТ, например, центры притяжения срединного пояса г. Москвы (Сокольники, ВДНХ, Тимирязевская, Сокол, Университет, м. Профсоюзная и т.п.) станут достижимы из окрестных районов без использования метро. Помогут разгрузить метро и отдельные радиусные линии НГПТ (вдоль Ленинского, Мичуринского, Ленинградского проспекта) при условии достижения ими кольцевой линии метро и организации удобных пересадок [48].
Такое распределение ролей НГПТ и метро наглядно иллюстрируется показателями средней дальности поездки, которая составляет для метрополитена 10,8 км., для автобуса — 3,84 км., троллейбуса—2,44 км., трамвая — 2,72 км. [65].
Основная доля маршрутов НГПТ г. Москвы, как по количеству, так и по протяжённости приходится на автобусный транспорт. Это объясняется такими преимуществами автобуса, как его высокой мобильностью, способностью поддерживать значительные объемы пассажирских перевозок, возможностью легкого изменения маршрутной сети в соответствии с колебаниями пассажиропотоков, организацией новых и изменением действующих маршрутов. Необходимо предусматривать движение автобуса и, по возможности, троллейбуса на всех вновь организуемых участках автомагистралей (автобусы по всей МКАД, троллейбусы вдоль Третьего и Четвёртого транспортных колец г. Москвы) [65, 109].
Построение маршрутной сети троллейбуса учитывает, что наиболее полно свои технико-эксплуатационные характеристики этот экологически чистый вид городского пассажирского транспорта может реализовать при движении на магистралях и улицах общегородского значения с минимальным числом поворотов и пересечений. Поэтому основная часть маршрутной сети троллейбусных линий проложена по главным магистралям города. Троллейбусы недороги в эксплуатации, просты и надежны, экологически чисты, обладают высокими динамическими качествами. Однако, контактная сеть требует значительных затрат, загромождает улицы, ухудшает их вид, связь с контактной сетью ограничивает маневренность и не позволяет осуществлять работу подвижного состава с разными режимами движения [73].
Формализация планового и исполненного расписания движения подвижного состава
Стратегия развития НГПТ опирается на требования к высококачественному общественному транспорту. С точки зрения пассажира НГПТ должен восприниматься, как надёжная и скоростная, действующая в пределах мегаполиса круглосуточно, по единым (не зависимо от компании-оператора) тарифам и правилам транспортная среда, лёгкая и удобная в использовании. Настоящий успех в деле преодоления пробок будет достигнут, когда граждане убедятся, что пользоваться общественным транспортом дешевле, безопаснее и комфортнее, чем личным. Скорейшее внедрение настоящей программы поможет г. Москве стать эффективным деловым и туристическим центром и выйти на уровень мировых столиц по удобству проживания и экологии окружающей среды [65].
Эффективная организация процессов перевозок НГПТ представляет собой важнейшую задачу, решить которую можно только с помощью адекватного набора инструментов управления деятельностью предприятия, которые должны базироваться на современных решениях в области информационных систем, систем технологического управления, телекоммуникационных систем, средств автоматизации. Это позволяет на современном уровне решать задачи автоматизированного контроля, учета и планирования процессов перевозок, централизованного диспетчерского управления, создания сервисов по информированию населения о текущем и планируемом режимах движения подвижного состава, что значительно повышает качество оказания транспортных услуг населению за счет экономии времени пассажиров, повышения качества и безопасности перевозочного процесса работы НГПТ [4, 8, 12, 114].
Классификация задач управления движением
Работа НГПТ организуется так, чтобы обеспечить высокое качество транспортного обслуживания населения при рациональном использовании всех наличных ресурсов и безусловном обеспечении требований безопасности.
В целях обеспечения предоставления жителям города услуг по перевозке НГПТ организует планомерную работу подведомственных предприятий (филиалов, служб), выполняет комплекс мероприятий (научно-исследовательских, проектно-изыскательских, технологических, технических, организационных), направленных на предоставление качественных транспортных услуг населению в том числе [3, 80, 145]: — изучает и прогнозирует потребность населения в перевозках наземным пассажирским транспортом; — осуществляет взаимодействие с городскими и территориальными органами управления; — определяет схемы движения маршрутов НГПТ, организует открытие новых и изменение действующих маршрутов, определяет место расположения остановочных пунктов и их наименование (переименование), проводит закрепление маршрутов за транспортными предприятиями; — определяет режимы работы и размеры движения на маршрутах с учетом взаимодействия различных видов НГПТ, мощностью пассажиропотока, пропускной способности магистралей, транспортных узлов и скоростных внеуличных видов транспорта, метрополитена, железной дороги; — обеспечивает диспетчерское управление движением НГПТ, контроль процессов перевозок, осуществляет организацию перевозок пассажиров при сбойных ситуациях на метрополитене, железной дороге; — рассматривает и согласовывает проекты планировки и застройки районов и территорий, реконструкцию и капитальный ремонт дорожно-уличной сети; — разрабатывает предложения по корректировке существующих схем транспортного обслуживания территориальных округов и муниципальных районов, в том числе в связи с вводом в эксплуатацию новых линий внеуличных видов транспорта, транспортных развязок, магистралей; — обеспечивает обустройство маршрутной сети города (павильоны, киоски, маршрутные указатели и др.); — определяет необходимый объем транспортных услуг, его финансовое обеспечение.
В случае возникновения чрезвычайной ситуации с перевозками пассажиров на метрополитене, на электротранспорте, железной дороге или техногенной аварии подразделения НГПТ в оперативном порядке организуют перевозки пассажиров [153]. В технологическом процессе управления НГПТ можно выделить три основные задачи: плановое управление; оперативное управление; управление в кризисных ситуациях [126].
Задачей оперативного управления является постоянный контроль и руководство работой НГПТ в реальном масштабе времени, принятие необходимых мер по обеспечению перевозки пассажиров. Оперативное управление реализуется по иерархической схеме и включает в себя несколько уровней управления.
Схема управления движением НГПТ г. Москвы представлена на рис. 1.1.
На верхнем уровне оперативное управление движением осуществляет Центральный диспетчерский отдел Службы движения, которому непосредственно подчиняется отдел оперативного управления движением (ООУД) с отдельными диспетчерами по видам транспорта. Ему в оперативном плане подчиняются территориальные диспетчерские отделы (ТДО) в каждом административном округе г. Москвы [136].
Каждый ТДО контролирует работу группы конечных станций, диспетчерский персонал которых осуществляет непосредственное управление работой НГПТ г. Москвы. Общее число конечных станций в г. Москве составляет более 200. Общее число сотрудников, занятых в системе круглосуточного режима оперативного управления движением составляет более 1200 человек. Общее руководство работой по оперативному управлению движением НГПТ осуществляет сменный заместитель начальника ООУД Службы движения.
Динамика автоматизированной системы диспетчерского управления наземным городским пассажирским транспортом
Целью функционирования верхнего контура управления АСДУ НГПТ является выбор алгоритма вычисления продолжительности стоянки и времени хода /7-й ЕПС по 7-му перегону в зависимости от измеряемого рассогласования между заданными и фактическими временами прибытия и отправления ЕПС, анализ качества управления движением [10, 136]. При выборе алгоритма управления движением ЕПС исходной информацией являются плановое расписание, характеристики маршрута (число остановок, их расположение, пассажиропоток и др.) В общем случае модель контура управления АСДУ НГПТ является нелинейной, и её исследование проводится путём компьютерного моделирования.
При управлении движением ЕПС по маршруту для решения задачи поддержания одинакового интервала движения в условиях компенсируемых возмущений используется взаимосвязь алгоритмов по отклонению от планового расписания. Управление ЕПС производится независимо через введение временных задержек движения и уменьшением времени хода по перегону [118, 119].
По прибытии /7-го ЕПС на 7-ю остановку АСДУ оценивает интервал по отправлению между последним ушедшим с 7-й остановки (п-І)-м. и (п)-м ЕПС 7 о [п] в предположении, что оба эти ЕПС исправны и не существует внеплановых ограничений для их движения, по формуле (рис.2.10): Предположим, что на (п+1)-ю ЕПС, прибывающую на у-ю остановку, подействовали возмущения, влияющие на плановое прибытие (задержка на предыдущей остановке или перегоне). В этом случае АСДУ оценивает интервал по отправлению J1 [п +1] между п-й и (п+1)-й ЕПС в зависимости от условий движения [119]: оценка астрономического времени отправления (п + 1)-й ЕПС су-й остановки, которое при соблюдении расписания движения равно плановому астрономическому времени отправления f [п +1].
Способ определения оценки {о [п +1] зависит от положения (п+1)-й ЕПС: — она движется по (j-lj-му перегону между у -й и (J-1J- остановками; — стоит на (J-l)-Pi остановке; — ЕПС ещё не прибыла на (J-lJ-ю остановку. Если (п+1)-я ЕПС движется по (J-lJ-му перегону, то: f + l] = О
Тогда новое значение астрономического времени отправления п-й ЕПС с (j)-й остановки fo [п] определяется по формуле:
Если задержка была введена для (п+1)-и ЕПС на (j-l)-u остановке, то { [п +1] в выражении (2.30) определяется по формуле, аналогичной (2.19).
Повторяя эту процедуру для разных остановок маршрута, а также регулируя время хода по перегонам по формулам (2.24), (2.25) АСДУ постепенно выравнивает интервалы на всём маршруте.
Аналогичным образом происходит работа контура управления АСДУ НГПТ при использовании алгоритмов управления по отклонению от заданного интервала с использованием формул (2.12-2.17).
Основные результаты и выводы по главе 1. Определено множество задач, стоящих перед автоматизированной системой управления процессами перевозок. Тесная информационная связь между ними, принципами их решения доказывают актуальность интегрирования средств управления перевозочным процессом в рамках единой АСУ ГШ НГПТ.
2. Представлена многоуровневая структура АСУ ПП НГПТ, состоящая из самостоятельных автоматизированных подсистем.
3. Показано, что для решения задач диспетчерского управления в качестве формальной модели движения множества ЕПС может быть использована совокупность решетчатых функций прибытия и отправления, определяющих параметры программы движения.
4. Предложена методика расчёта ограничений на управления (максимального времени стоянки) с учётом состояния и ресурсов системы.
5. Описаны алгоритмы централизованного управления движением ЕПС: алгоритмы управления по отклонению от планового расписания; алгоритмы управления по отклонению от заданного интервала; адаптивные алгоритмы управления. Выявлены их преимущества и недостатки.
Поскольку для первой остановки перегон (j-І) = М и и-я ЕПС после повторного прибытия на остановку № 1 имеет номер (N+ri), система уравнений (3.1), описывающих плановое и исполненное расписание движения, дополняется следующими уравнениями при j=l:
Полученные разностные уравнения в качестве независимой переменной используют номер ЕПС п, связывают отклонения интервалов по отправлению (п+1)-й ЕПС поу -й и (j-l)-u остановкам с разностью времён хода (п+1)-й и п-й ЕПС по (]-1)-шу перегону и с разностью длительностей стоянок (п+1)-й и п-й ЕПС нау-й остановке.
Если функции j1 [п] игрс] \п\ (индексы планового и фактического движения можно опустить, так как все рассуждения одинаково правомочны для обеих систем уравнений) заданы, то искомыми функциями являются fuo. [п].
Число искомых функций равно числу уравнений М. Порядок системы разностных уравнений равен N - числу ЕПС на маршруте.
Для решения системы разностных уравнений необходимо задать начальные условия, число которых совпадает с порядком системы N:
По результатам решения приведённой системы можно построить плановое и исполненное расписание движения без привязки к астрономическому времени. Это объясняется тем, что уравнение связывает разности отклонений интервалов с разностью времён ходов и стоянок.
Для привязки к астрономическому времени требуется совместить начало времени отсчёта с определённым моментом суток.
В дальнейшем о1[о] будет определять начало построения графика расписания в астрономическом времени. Рассмотренная модель соответствует последовательному отправлению ЕПС 0,...,N с первой остановки, начиная с момента С\ [О].
Результаты экспериментальных исследований отклонений длительностей стоянок и времён хода по перегонам на маршрутах
Рассчитываем требуемый интервал отправлений ЕПС на участке "оборотный рейс назад — окончание просматриваемого отрезка": Inew = L / К, где L - продолжительность рассматриваемого участка, а К — количество отправлений на нем. Определяем новые отправления ЕПС в соответствии с рассчитанным интервалом. В общем случае происходит задержка отправлений. Следует отметить, что изменение события в прошлом влияет на будущее, то есть при сдвиге некоторого отправления все отправления данного ЕПС в будущем также сдвигаются. Если добиться равномерности интервала не получилось, то выбираем отрезок 1г такой, что 1г = max її где і = 1,... ,п и і Ф q. Если таких отрезков несколько, то выбираем последний по времени окончания. Далее повторяем всю описанную процедуру.
В результате решения задачи составления расписания движения НГПТ определено множество рейсов ЕПС, обеспечивающих выполнение маршрутных заданий. На сегодняшний день маршруты НГПТ закреплены за транспортными предприятиями. В общем случае использование ЕПС при таком распределении маршрутов может быть не рациональным [83].
Дальнейшим развитием задачи планирования перевозочного процесса НГПТ является назначение ЕПС на рейсы таким образом, чтобы общая стоимость использования ЕПС была минимальна. Стоимость использования ЕПС представляет собой все эксплуатационные затраты при выполнении расписания. Времена начала и окончания каждого рейса, а также их конечные пункты известны. Необходимым условием решения задачи является назначение всех рейсов ЕПС, причём каждая ЕПС выходит на линию из транспортного предприятия, совершает последовательность некоторых рейсов и возвращается обратно. Кроме того, если два рейса / и у последовательно назначаются одной ЕПС, время выхода рейса у должно быть больше или равно чем время окончания рейса / плюс время в пути из конечного пункта рейса / в начальный пункт рейсау [142, 181].
Составление графика работы персонала состоит в определении набора заданий на работу ЕПС для каждой смены так, чтобы каждое из них было выполнено с учётом набора некоторых временных ограничений, а стоимость выполнения каждой смены была минимальной. Ограничения представляют собой максимальную продолжительность смены, минимальное время перерыва, максимальное рабочее время за смену, представляющее разницу между продолжительностью смены и перерыва. Задачи планирования работы ЕПС и составления графика работы персонала можно свести к классическим задачам математического программирования [ПО, 142, 184]. Сформулируем задачу планирования работы ЕПС следующим образом. Пусть N = {1, 2, ..., п} —набор рейсов, нумерованный по времени отправления, и Е = {(i, j) і j, і Є N, j Є N} — набор нулевых рейсов. Два рейса называются последовательными, если они выполняются одной ЕПС друг за другом. Пусть вершины г и t представляют транспортное предприятие. Определим расписание ЕПС в виде направленного графа G = (V, А) без циклов с вершинами V = N J {г, t} и дугами A = EU(r х N)U(N х t). Путь из г в t в данном графе представляет собой некоторое возможное расписание для одной ЕПС, и, следовательно, полное расписание ЕПС представляет собой множество непересекающихся путей из г в t таких, что покрывается каждая вершина из N
Сформулируем задачу составления графика работы персонала следующим образом. Будем считать, что К — набор всех возможных смен и fk определяет стоимость работы персонала при выполнении смены к Є К. Пусть I — множество всех заданий на работу ЕПС. Определим К (і) а К как множество всех смен, в процессе которых выполняется некоторое задание і Є I. Определим переменную Хк = 1, если смена к попадает в решение задачи составления расписания работы персонала, и 0 в противном случае. Тогда поиск решения исходной задачи сводится к определению набора смен с минимумом суммарной стоимости, который покрывает множество I. То есть исходная задача представляет собой классическую задачу целочисленного линейного программирования и формализуется следующим образом:
Например, можно сократить количество смен, не увеличивая при этом количество ЕПС, минимизировать нулевые пробеги. Рассмотрим следующий пример [142]. Возьмём три рейса: рейс 1 начинается в п. А в 8:00 и заканчивается в п. С в 13:30; рейс 2 из п. С в п. В (14:00 — 15:00) и рейс 3 из п. В в п. А (15:30 — 21:30). Используем два транспортных предприятия таких, что время в пути от предприятия 1 до п.п. А, В, С — 20, 50, 30 мин. соответственно, а для предприятия 2 эти времена — 50, 10, 30 мин. Введём следующие временные ограничения. Рабочая смена водителя составляет не более 8 часов, начинается и заканчивается в своём транспортном предприятии, в противном случае время пробега между точкой начала / конца смены и транспортным предприятием добавляется к продолжительности смены. Будем считать, что условная стоимость использования составляет 1000 ед. за ЕПС, 1000 ед. за смену водителя и 1 ед. за каждую минуту эксплуатации ЕПС без пассажиров. Тогда расписание ЕПС состоит из работы одного ЕПС предприятия 1 условной стоимостью 1100 = 1000 + 20 + 30 + 30 + 20. При этом расписание работы персонала состоит из 3 смен условной стоимостью 3000. Тогда общая условная стоимость выполнения расписания составляет 4100. Действительно, (см. рис. 5.16.) расписание персонала из двух смен не существует, поскольку первая смена начинается в 7:40 и должна быть закончена до 15:40. Однако длительность нулевого рейса из п. В в предприятие 1 составляет 50 мин. Поэтому водитель 1 должен быть заменён другим в 14:00. Это означает, что
Расписание из трёх смен Оптимальное по стоимости решение состоит из двух смен одной ЕПС из транспортного предприятия 2: 2 1000 + 1000 + 50 + 30 + 30 + 50 = 3160, что на 22,9% меньше. Первая смена начинается в предприятии 2 в 7:10 и заканчивается в п. В в 15:00 (см. рис.5.17.). Её продолжительность составляет 8 часов, включая длительность нулевого рейса 10 мин из п. В в предприятие 2. Вторая смена начинается в п. В в 15:00 и заканчивается в предприятии 2 в 22:20. Её продолжительность составляет 7:30, включая длительность нулевого рейса 10 мин. из п. В в предприятие 2.
