Порядок расчета рациональной организации вагонопотоков для разветвленного участка

Исходными данными для расчета являются:

1) топология полигона сети, которая должна быть формализована путем детального описания полигона;

2) матрица корреспонденций вагонопотока K;

3) константы, характеризующие каждый из участков полигона сети, и технологические параметры каждой станции участка.

Рис.1.5.4

Рассмотрим пример полигона, схема которого приведена на рис. 1.5.4.

Топология полигона может быть формализована путем следующего описания (для удобства используем как буквенные, так и цифровые обозначения станций):

Описание участка. Задаются следующие множества и обозначения.

Множество станций или ;

обозначения переменных для станций: i, j,a, b, g ;

порядок станций .

Множество участков ;

обозначение переменных для участков: .

Множество назначений {1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, 3-4};

(обозначение i-j).

Множество маршрутов p или иначе маршрутное пособие (обозначение маршрута Р) - перечислено в таблице 6.1. Обозначение (a) означает, что поезд проследует станцию a без переработки.

Таблица 1.5.1 - Множества маршрутов для каждого назначения (маршрутное пособие)

Назначения	Маршруты Маршруты со станциями без переработки
1-2 1-3 1-4 2-3 2-4 3-4	AB AC,ABC ,A(B)C ABD,ACD,ABCD ,A(B)D,A(С)D,A(B)CD,AB(С)D,A(BC)D BC BD,BCD ,B(С)D CD

К маршрутам, по которым перемещаются прямые поезда, относятся:

AB, AC, A(B)C, A(B)D, A(С)D, A(BC)D, BC, BD, B(С)D, CD;

по остальным маршрутам перемещаются многогруппные поезда.

Рис.1.5.5

Заметим, что имеет смысл рассматривать вагонопотоки прежде всего на ориентированных каркасах полигона сети и на их надграфах (рис. 1.5.5).

Исходные данные задаются в виде матрицы корреспонденций вагонопотока

где - вагонопоток назначения i-j.

Ввиду того, что рассматриваются только вагонопотоки одного направления, матрица K является треугольной.

Константы могут быть заданы дифференцированно для каждого участка :

- длина участка,

- время движения по участку,

- максимально возможное число вагонов в составе поезда на участке,

- (пропускная способность участка);

и для каждой станции в виде технологических параметров:

- параметр накопления;

- норма на прицепку / отцепку;

- норма на формирование / расформирование дополни-тельной группы вагонов;

- норма на дополнительную маневровую работу на станциях переработки (перецепки групп вагонов).

Переменные. Используем следующие обозначения переменных и формулы вычисления (для вспомогательных переменных):

n - число поездов;

l=1,…,n - номера поездов;

- маршрут l-го поезда, при этом записываем:

, если -начало, -конец маршрута;

, если станция a принадлежит маршруту p, причем на этой станции производится переработка вагонов или перецепка групп;

, если участок принадлежит маршруту p;

- матрица корреспонденций l-го поезда;

при ,

иначе.

Для каждого маршрута :

- число поездов следующих этим маршрутом,

- множество поездов этого маршрута,

- число вагонов назначением i-j, перевозимых поездами маршрута p:

Разработанный алгоритм в качестве основных переменных, составляющих вариант организации вагонопотоков, принимает переменные и .

Число вагонов назначением i-j, перевозимых отдельным поездом l, рассчитывается как среднее значение:

, возможно, минус 1.

Другие вспомогательные переменные:

для каждого участка

- число поездов на участке r;

- число вагонов маршрута p на участке ;

- число вагонов на участке r;

для каждой станции

- число вагонов, формируемых в поезде на станции ;

- число вагонов, прибывающих на станцию ;

- число вагонов, перерабатываемых на станции ;

- число групп вагонов, формируемых на станции ;

аналогично определяется и ; где Sgn - функция «сигнум».

Критерии. Учитываем следующие четыре критерия.

1. Вагонокилометры - суммарная длина пробега вагонов:

2. Время нахождения вагонов на участках полигона. Суммарное время складывается из двух величин:

T_пер + T_ст

T_пер - времени движения вагонов по участкам:

T_пер= и

T_ст -времени нахождения вагонов на станциях.

3. Число потребных поездных локомотивов. В рассматриваемом примере целесообразно считать, что каждый поезд обслуживается одним поездным локомотивом. При этом допущении данный критерий имеет значение, равное n.

4. Энергозатраты. Аналогично первому критерию, суммарные энергозатраты складываются из двух величин:

Z = Z_пер + Z_ст,

где Z_пер- затраты на движение по участкам;

Z_ст- затраты на маневровую работу на станциях.

Ограничения. Необходимо выделить следующие ограничения на рассматриваемые варианты.

1) по маршруту поездов:

, если маршрут p не содержит назначения i-j, т. е. если i или или ;

2) по длине или весу поезда:

( - число вагонов в l-м поезде на участке r);

3) по максимальной величине вагонопотока:

;

4) по пропускной способности:

;

5) полное распределение вагонопотока по маршрутам:

Данный теоретический подход заложен в основу АС РПФП.

Реализация многокритериальной оптимизации в автоматизированной системе расчета плана формирования поездов

АС РПФП предназначена для автоматизированного составления и расчета различных вариантов ПФП с последующим выбором лучшего из них на основе многокритериальной оценки.

Расчеты проводятся на основе данных о местных и транзитных с переработкой вагонопотоках, получаемых из действующих автоматизированных систем.

АС РПФП разработана для специалистов Департамента управления перевозками ОАО «РЖД» (сетевой уровень системы) и служб перевозок управлений железных дорог (дорожный уровень системы).

АС РПФП предусматривает:

¾ выбор информации об объемах и направлениях вагонопотоков из действующих на сети дорог программных комплексов;

¾ обработку, хранение и наглядное представление данных о корреспондируемых вагонопотоках за определенный период времени, выбираемый пользователем;

¾ автоматизированное составление различных вариантов плана формирования поездов;

¾ расчет значений различных критериев оценки вариантов плана формирования поездов;

¾ выбор рационального плана формирования поездов.

АС РПФП разработана с использованием технологии «клиент-сервер».

Клиентская часть системы устанавливается на рабочих местах инженеров Департамента управления перевозками и служб перевозок управлений железных дорог. Серверная часть – на сервере в ГВЦ ОАО «РЖД» и информационно-вычислительных центрах – структурных подразделениях ГВЦ ОАО «РЖД» (ИВЦ).

Входными данными для АС РПФП являются:

¾ информация о прибытии и отправлении вагонов со станций железных дорог, выбираемая из систем Этран и Информационной модели исполненных перевозок сетевого уровня;

¾ на дорожном уровне - накопленные за тот же период текстовые сообщения 1042 АСОУП об операциях с поездами и вагонами, откуда выбираются данные о транзитных с переработкой на железной дороге вагонопотоках.

Рис.1.5.6.

Режим обработки входных данных (выборки необходимой информации и формирования таблиц базы данных) запускается один раз в сутки на дорожном уровне и один раз в месяц на сетевом уровне.

Рис.1.5.7.

На рисунках 1.5.6 и 1.5.7 приведены схемы информационных потоков системы на дорожном и сетевом уровне.

Рис.1.5.8.

Рис.1.5.9.

Клиентская часть системы включает в себя графический редактор для создания и отображения на экране схемы полигона дороги (рис.1.5.8) и сети дорог (рис. 1.5.9).

Рис.1.5.10.

Входные данные после обработки привязываются к маршрутам следования, предписанным действующим ПФП. Производится расчет распределения вагонопотоков по участкам, что позволяет отобразить вагонопотоки на графической схеме полигона так, что по ширине линии можно судить о величине вагонопотока и грузонапряженности тех или иных участков (рис.1.5.10).

Алгоритмы выделения струй вагонопотоков в сквозные назначения и составления вариантов ПФП

В АС РПФП заложена логика и практика работы железных дорог. Анализ показывает, что количество вагонов в поездах, курсирующих по российским железным дорогам, составляет 60 - 70 вагонов.

При этом, если среднесуточный вагонопоток, обеспечивающий поезда, составляет:

1) столько же (60-70 вагонов) – формируется один поезд в сутки;

2) меньше – формируется один поезд в несколько суток;

3) больше – формируется более одного поезда в сутки.

В АС РПФП предлагается составить несколько вариантов ПФП с числом вагонов от 40 до 100 в качестве минимального порога для выделения струй вагонопотоков в самостоятельное назначение («поезд»). Предусмотрено задание индивидуальных «порогов» для станций.

Чем меньше задаваемый порог, тем больше сформируется сквозных назначений. Однако увеличится суммарное время накопления сквозных назначений на станции. При более значительном пороге будет сформировано больше участковых назначений, время накопления на станции будет меньше, однако возрастет объем переработок на станциях.

Рассмотрим вариант, когда для всех станций задан порог, равный 60 вагонам. Программа анализирует среднесуточные струи вагонопотоков, и те из них, которые насчитывают 60 вагонов или более, выделяются в самостоятельные назначения. Струи, меньшие 60 вагонов, объединяются по принципу совпадающих маршрутов и последовательного приближения станции назначения самой дальней струи до более близкой станции с учетом, чтобы объединенное назначение насчитывало не менее 60 вагонов (рис. 5.10).

Рис.1.5.11

В качестве станции назначения объединенной струи выбирается та из станций назначений струй, входящих в объединенную, которая ближе к станции формирования (во избежание необходимости пополнения поезда).

В примере, приведенном на рис. 1.5.11, получено два сквозных назначения – АС (75 ваг.) и АЕ (65 ваг.).

Более дальние струи из объединенного назначения (AF, AG) вливаются в другие назначения после переработки на конечной станции Е данного объединенного назначения (AE).

Программа циклически выполняет операцию дополнительного «вливания» поочередно на всех станциях, участвующих в расчете.

Если в процессе объединения струй до какой-то станции назначения - объединенное назначение достигло ближайшей станции к станции формирования и осталось меньше 60 вагонов, формируется назначение на эту ближайшую станцию.

В заключение просматриваются все объединенные назначения, пополненные «вливаниями», для возможного выделения из них самостоятельных более дальних назначений – если позволяет введенное заранее количество сортировочных путей на станции, - с последующей корректировкой оставшихся назначений.

Алгоритм оценки вариантов ПФП

В АС РПФП используется утвержденная в 1999 году ЦД МПС России методика многокритериальной оценки и поиска рациональных по Парето вариантов организации вагонопотоков. Для оценки вариантов ПФП предлагается рассчитывать значения нескольких критериев – вагоно-часы, вагоно-километры, энерго-затраты, потребное число локомотивов.

Оптимизация системы по одному из критериев практически исключает возможность оптимизации по другим критериям. Поэтому важно найти согласованный оптимум для всех используемых критериев.

Если векторная оптимизация осуществляется с использованием обобщенного критерия, то реализуются обычно следующие процедуры:

1. Выполняется обоснование способа свертки частных критериев в обобщенный критерий.

2. Учитывается важность частных критериев.

3. Векторные оценки приводятся к безразмерному виду.

4. Для всех конкурирующих решений вычисляются обобщенные скалярные оценки.

5. Определяется область компромисса, содержащая Парето-оптимальные решения (такие, когда какие-либо иные улучшения состояния по каждому из критериев ухудшают состояние по другим критериям).

6. Выбирается рациональное решение в области компромиссов с учетом системы предпочтений ЛПР (лица, принимающего решение).

В настоящее время в АС РПФП реализована Парето-оптимизация вариантов ПФП по трем критериям - вагоно-часы, вагоно-километры, число поездов (как функционал от потребного числа локомотивов). Применяется наиболее распространенный вид свертки критериев - взвешенная сумма, то есть сумма критериев, каждому из которых приписан определенный вес. Обычно веса назначаются экспертным путем. Сумма весов (весовых коэффициентов) равна 1 (единице).

Оценка вариантов ПФП происходит следующим образом.

1. Из всех составленных вариантов ПФП выбираются варианты для сравнения. Возьмем для примера 10 вариантов ПФП.

2. Далее вводятся весовые коэффициенты для рассчитываемых критериев, которые в сумме составляют единицу (пусть будут весовые коэффициенты 0,7; 0,2; 0,1).

3. Для каждого варианта рассчитываются критерии и полученные значения заносятся в таблицу «Оптимизационная матрица» (таблица 1.5.2).

Таблица 1.5.2- Оптимизационная матрица

Номер варианта	Вагоно-часы	Ваг-км	Число поездов
	30082541,0	55696624,2	1031,0
	29052534,4	55724865,1	1063,9
	27877054,4	55741102,4	1095,7
	27163505,3	55734134,1	1144,1
	26712412,5	55748489,8	1184,6
	26255465,6	55808201,4	1234,7
	25789175,5	55778501,6	1247,1
	25452644,3	55719422,3	1291,5
	24921568,9	55743281,2	1324,7
	24850121,6	55724014,0	1324,8

4. Для каждого критерия определяется минимальное (наилучшее) значение (в таблице 1.5.2 ячейки на сером фоне).

5. Оптимизационная матрица преобразуется в безразмерную (приведенную). Для этого от текущего значения критерия отнимается минимум и делится на текущее значение (таблица 1.5.3). Все значения приведенной матрицы 0 и <1.

6. Приведенная матрица перемножается на весовые коэффициенты - каждый критерий на свой коэффициент, получается результирующая матрица (таблица 1.5.4). В шапке таблицы приведены весовые коэффициенты для критериев.

7. Затем отыскиваются максимумы построчно (ячейки на сером фоне в табл. 1.5.4.) и минимум(ы) среди найденных максимумов. В нашем случае это восьмой вариант (F[3,8]=0.020).

Таблица 1.5.3 – Приведенная матрица

Номер варианта	Вагоно-часы	Ваг-км	Число поездов
	0,174	0,000000	0,000
	0,145	0,000507	0,031
	0,109	0,000798	0,059
	0,085	0,000673	0,099
	0,070	0,000930	0,130
	0,054	0,001999	0,165
	0,036	0,001468	0,173
	0,024	0,000409	0,202
	0,003	0,000837	0,222
	0,000	0,000492	0,222

Таблица 1.5.4 – Результирующая матрица

Номер варианта	Весовые коэффициенты
0,7	0,2	0,1
Вагоно-часы	Ваг-км	Число поездов
	0,122	0,00000	0,000
	0,101	0,00010	0,003
	0,076	0,00016	0,006
	0,060	0,00013	0,010
	0,049	0,00019	0,013
	0,037	0,00040	0,016
	0,025	0,00029	0,017
	0,017	0,00008	0,020
	0,002	0,00017	0,022
	0,000	0,00010	0,022

Восьмой вариант является рациональным (оптимальным) по Парето.

В отдельных случаях могут быть несколько одинаковых минимумов, а значит несколько рациональных вариантов. Окончательное решение в этом случае по выбору варианта принимает пользователь.

Рис.1.5.12

Полученные в АС РПФП варианты ПФП представляют собой список назначений для станций формирования, который можно просматривать, выбирая станцию формирования на графической схеме полигона. Для групповых поездов можно просмотреть список назначений групп (рис.1.5.12).

Рис.1.5.13

Для сравнения выбираются варианты ПФП из числа составленных (рис.1.5.13).

Рис.1.5.14

Задаются весовые коэффициенты для критериев оценки, сумма которых равна единице (рис.1.5.14).

Рис.1.5.15

Рациональные варианты подкрашиваются фоном в списке вариантов (рис.1.5.15).

АС РПФП позволяет пользователям принимать решение по корректировке плана формирования поездов, анализируя полученные варианты ПФП и сравнивая их с действующим ПФП.

Контрольные вопросы к главе 1.5

1. Чем отличается понятие вагонопоток от понятия поездопоток?

2. Какие накладываются ограничения на множество допустимых вариантов ПФП?

3. В чем принципиальное отличие методов многокритериальной оценки ПФП от традиционных методов?

4. Каким образом формируется множество различных вариантов ПФП в АС РПФП?

5. На какой фазе ЛПР (инженеры по ПФП) влияют на процесс расчета плана в АС РПФП?

6. Что такое вариант ПФП рациональный по Парето?

7. В чем отличие АС РПФП дорожного уровня от сетевого?

Глава 1.6. ПЛАН ФОРМИРОВАНИЯ ПОЕЗДОВ ДРУГИХ КАТЕГОРИЙ

План формирования двухгруппных поездов.

Групповыми называются поезда, формируемые из вагонов двух и более назначений, подобранных в отдельные группы. Групповые поезда дают значительный эффект при сравнительно небольших вагонопотоках за счет сокращения простоя вагонов под накоплением.

Групповые поезда делятся на три категории :

1) без постоянной массы групп и расписания;

2) с постоянной массой групп, не прикрепленные к определенным расписаниям;

3) с постоянной массой групп и прикрепленные к определенным расписаниям на пересекающихся и сходящихся направлениях.

Эффективность формирования групповых поездов определяется сопоставлением затрат на станциях формирования групповых поездов и на станциях перецепки групп вагонов с затратами оптимального варианта плана формирования одногруппных поездов. Выбирается тот вариант, который дает наименьшие затраты.

Рис.1.6.1

В зависимости от соотношения величин прицепляемого и отцепляемого вагонопотоков на технической станции, возможны различные варианты плана формирования поездов (рис 1.6.1). При равенстве и возрастании вагонопотока на направлении назначаются, как правило, групповые поезда без постоянной массы групп и расписания. В случае убывания вагонопотока на направлении назначаются групповые поезда с постоянной массой групп, не прикрепленные к определенным расписаниям.

Затраты на организацию сквозных одногруппных поездов на станциях определятся по формулам:

ü на станции формирования (ст. А):

где - параметр накопления, составо-ч/сут;

- средний состав поезда, вагонов;

- продолжительность формирования одногруппного состава и выставки его в парк отправления, ч (включая простои в ожидании выполнения операций);

- общая продолжительность времени работы маневрового локомотива при формировании одногруппного состава и выставки его в парк отправления, ч;

, , , - среднее время ожидания соответственно обработки бригадами ПТО составов в парке отправления, прицепки поездных локомотивов, отправления составов и локомотивов на участок, ч;

- средняя длительность обработки состава бригадой ПТО в парке отправления, ч;

, , - стоимость соответственно вагоно-часа, маневрового локомотиво-часа с бригадой, поездного локомотиво-часа с бригадой, руб.

ü на станции Б:

где , - среднее время ожидания соответственно обработки составов бригадами ПТО в парке приема и расформирования составов на горке, ч;

- средняя длительность обработки состава бригадами ПТО в парке приема, ч;

- продолжительность стоянки транзитного поезда на станции, ч;

- технологическое время на расформирование состава на горке, ч;

- технологическое время на расформирование состава на горке с учетом времени заезда локомотива, ч.

Затраты на организацию групповых поездов (рис. 1.6.1б) определяются по формулам:

ü на станции формирования (ст.А):

где - продолжительность ожидания и формирования двухгруппного состава, выставки его в парк отправления на станции А, ч;

- общая продолжительность времени работы локомотива при формировании двухгруппного состава и выставки его в парк отправления на станции А, ч.

На станции обмена групп возможны следующие варианты организации работы с групповым поездом:

1) поезд принимается на пути приемо-отправочного парка, где производится обмен групп с занятием вытяжного пути;

2) поезд принимается в парк приема с последующим расформированием состава на сортировочной горке.

ü на станции обмена групп (ст.Б) в зависимости от варианта обработки двухгруппного поезда:

где - средняя величина прицепных групп, вагонов;

- параметр накопления прицепных групп, составо-ч/сут;

- продолжительность ожидания и формирования прицепной группы, выставки ее в парк отправления, ч;

- общая продолжительность времени работы локомотива при формировании прицепной группы и выставки ее в парк отправления, ч;

- продолжительность стоянки транзитной группы («ядра») на станции перецепки групп, ч;

, , - соответственно время выполнения маневровых операций по отцепке, прицепке групп и вытягиванию отцепляемой группы на горку, ч.

В случае возрастания вагонопотока на направлении (рис. 1.6.1в) на станции перецепки групп (ст. Б) после накопления прицепной группы остается вагонопоток . В случае убывания вагонопотока на направлении (рис. 1.6.1г) на начальной станции (ст. А) после формирования группового поезда остается вагонопоток . В обоих случаях, если оставшийся вагонопоток будет не меньше состава поезда, возможно формирование одногруппного назначения. Затраты на организацию такого назначения определяются по формуле:

Для каждой станции, участвующей в работе по формированию групповых поездов должна разрабатываться рациональная технология формирования и обработки таких поездов.

1.6.2 План формирования групповых поездов при объединении маломощных назначений.

В зависимости от количества маломощных назначений на технической станции могут формироваться двух-, трех-, четырех и пятигруппные поезда.

Рис.1.6.2

Рассмотрим порядок определения целесообразности формирования группового поезда при объединении трех маломощных назначений (рис. 1.6.2).

При формировании сквозных одногруппных назначений затраты на начальной станции А определяются по формуле:

Затраты на станции Б определяются по формуле:

Выделение группового назначения уменьшает общий простой вагонов под накоплением на начальной станции, но увеличивает время на выполнение операций, связанных с формированием состава. Также появляются дополнительные затраты на попутных технических станциях, связанные с расформированием групповых и формированием участковых поездов.

При формировании трехгруппного поезда, затраты на станции А будут определяться по формуле:

На станции Б трехгруппный поезд распускается через сортировочную горку и формируются три участковых назначения на В, Г и Д.

Затраты на станции Б определяются по формуле:

Наиболее выгодный вариант организации вагонопотоков определяется на основе технико-экономического сравнения.

План формирования групповых поездов на направлениях

<19 20 212223 24 25 >

Дата добавления: 2016-12-16; просмотров: 1242;