Прохорченко Галина Олегівна Формування автоматизованої технології складання нормативного гра­фіка руху поїздів на залізничному напрямку

Краткое описание

Прохорченко Галина Олегівна, асистент кафедри управління процесами перевезень Українського держав­ного університету залізничного транспорту: «Формування автоматизованої технології складання нормативного гра­фіка руху поїздів на залізничному напрямку» (05.22.01 - транспортні системи). Спецрада Д 64.820.04 в Українсько­му державному університеті залізничного транспорту

Український державний університет залізничного транспорту Міністерства освіти і науки України
Український державний університет залізничного транспорту Міністерства освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису
ПРОХОРЧЕНКО ГАЛИНА ОЛЕГІВНА
УДК 656.222.4:681.5
ДИСЕРТАЦІЯ ФОРМУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ СКЛАДАННЯ НОРМАТИВНОГО ГРАФІКА РУХУ ПОЇЗДІВ НА ЗАЛІЗНИЧНОМУ НАПРЯМКУ
05.22.01 - транспортні системи 27 - Транспорт
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело Г.О.Прохорченко
Науковий керівник БУТЬКО Тетяна Василівна,
доктор технічних наук, професор
Харків - 2018

ЗМІСТ
Вступ
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ФУНКЦІОНУВАННЯ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ УКРАЇНИ ПРИ ДІЮЧІЙ СИСТЕМІ ВИКОНАННЯ ГРАФІКА РУХУ ПОЇЗДІВ
1.1. Дослідження результатів операційної діяльності залізничного транспорту загального користування України в умовах реформування
1.2. Аналіз надійності виконання графіка руху поїздів на залізничній мережі ПАТ “Укрзалізниця”
1.3. Аналіз існуючої процедури складання графіка руху поїздів на залізничній мережі України
1.4. Аналіз наукових досліджень щодо автоматизованого складання графіка руху поїздів та моделювання затримок поїздів
1.5. Висновки до розділу 1
РОЗДІЛ 2 РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ДЛЯ ПОБУДОВИ НОРМАТИВНОГО ГРАФІКА РУХУ ПОЇЗДІВ НА ОСНОВІ МЕТОДУ МУЛЬТИАГЕНТНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ
2.1. Оцінка обчислювальної складності задачі автоматизації побудови графіка руху поїздів
2.2. Розробка математичної моделі автоматизованого розрахунку графіка руху
2.3. Розв’язання оптимізаційної математичної моделі побудови графіка руху поїздів за допомогою алгоритму штучних бджолиних колоній
2.4. Висновки до розділу 2
РОЗДІЛ 3 ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗПОВСЮЖДЕННЯ ЗАТРИМОК ПОЇЗДІВ ТА РОЗРОБКА ПРОЦЕДУРИ АВТОМАТИЗОВАНОГО СКЛАДАННЯ ГРАФІКА РУХУ ПОЇЗДІВ НА ЗАЛІЗНИЧНОМУ НАПРЯМКУ
3.1. Теоретичні передумови розробки методу моделювання
розповсюдження затримки у графіку руху поїздів
23
31
31
39
43
46
56
58
58
64
71
79
81
81

21
3.2. Розробка процедури автоматизованого складання графіка руху поїздів
на залізничному напрямку 89
3.3. Експериментальні дослідження розповсюдження затримки у нормативному графіка руху для залізничного напрямку 97
3.4. Висновки до розділу 3 105
РОЗДІЛ 4 РОЗРОБКА ВИМОГ ДО ФОРМУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ СКЛАДАННЯ ТА АНАЛІЗУ ГРАФІКА РУХУ ПОЇЗДІВ НА ЗАЛІЗНИЧНОМУ НАПРЯМКУ ТА ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ 107
4.1. Загальні принципи формування системи підтримки прийняття рішень
для автоматизованого складання та аналізу графіка руху поїздів 107
4.2. Розробка вимог до формування системи підтримки прийняття рішень в межах автоматизованої системи складання та аналізу графіка руху поїздів на залізничній мережі України 113
4.3. Функції та програмна реалізація СППР для автоматизованого процесу складання графіка руху поїздів на мережі ПАТ “Укрзалізниця” 115
4.4. Економічне обґрунтування від встановлення раціональної межі завантаження залізничного напрямку на основі автоматизації побудови графіка руху поїздів 119
4.5. Висновки до розділу 4 129
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 135
Додаток А Програмна реалізація методу моделювання розповсюдження затримки у нормативному графіка руху поїздів 150
Додаток Б Програмна реалізація математичної моделі розрахунку графіка руху поїздів 155
Додаток В Процедура дослідження показників роботи залізничного напрямку Куп’янськ-Сорт - Основа - Полтава-Півд. - Знам’янка-Сорт - Чорноморська
- Одеса-Сорт в умовах зміни інтенсивності поїздопотоків на основі 163 автоматизації розрахунку графіку руху поїздів

22
Додаток Г Список публікацій здобувача за темою дисертації та відомості про апробацію результатів дисертації 178
Додаток Д Акти впровадження 183

Список литературы

ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі удосконалено процедуру складання нормативного графіка руху поїздів для залізничного напрямку на основі автоматизації розрахунків з побудови та аналізу розкладів руху пасажирських і вантажних поїздів з урахуванням інтересів незалежних перевізників. Це дозволить прокласти наскрізні нитки графіка для забезпечення узгодженого руху поїздопотоків на напрямку з одночасною оптимізацією параметрів руху поїздів інших категорій на дільницях. Основні результати та висновки полягають у наступному:
1. Аналіз умов функціонування залізничного транспорту України при діючій системі виконання ГРП довів велику значущість організації узгодженого руху поїзопотоків за розкладом для підвищення конкурентоспроможності залізниць України на ринку перевезень. Рівень виконання графіка руху поїздів впливає на основні якісні показники експлуатаційної роботи залізничного транспорту. На фоні падіння обсягів вантажних перевезень на 24 % у 2017 р. порівняно з 2011 р. спостерігається тенденція до збільшення середньої дальності перевезень вантажів. Виявлено негативну тенденцію, за якою у 2017 р. при падінні поїзної роботи до 90 млн поїздо-км (що менше на 21,3 % показника 2012 р.) дільнична швидкість всупереч транспортним залежностям також зменшилась до 37,9 км/год (або на 2,3 % порівняно з показником 2012 р.), що негативно позначається на швидкості доставки вантажів до замовників послуг залізничного транспорту і збільшує обіг рухомого складу. Для зміни ситуації важливим є впровадження автоматизованої технології розрахунку графіка руху поїздів на залізницях України.
2. Проведений аналіз збитків від затримок поїздів біля вхідних світлофорів з розподілом по регіональних філіях ПАТ “Укрзалізниця” за 2016 р. свідчить, що загальна кількість затриманих поїздів перед вхідними світлофорами складала 5466 випадків, у т. ч. 490 пасажирських. Загальний час затримок складав 1016,49 год, загальні збитки від затримок поїздів склали близько 914

132
тис. грн. Однією з причин виникнення затримок є вплив поїздів, що прямують із затримкою, на інші поїзди на дільниці, який можна зменшити або якого взагалі уникнути за рахунок підвищення якості складання нормативного графіка руху поїздів.
3. Проведений аналіз теоретичних підходів та існуючої процедури складання графіка руху поїздів у ПАТ “Укрзалізниця” довів, що діюча технологія розроблення ГРП на залізницях Україні заснована на дільничному методі, що виконується в ручному режимі та супроводжується значними витратами часу. Такий підхід не дозволяє знайти раціональний розклад руху поїздів з ув’язкою за дільницями залізничного напрямку. Для вибору раціонального варіанта наскрізного графіка руху поїздів на напрямку необхідно розробити процедуру автоматизованого розрахунку графіка руху поїздів на залізничному напрямку, що дозволить гарантувати високу достовірність і якість ГРП при заданих максимальних розмірах руху для кожної дільниці залежно від категорії поїздів, їхніх поїзних характеристик, технічних і технологічних обмежень інфраструктури.
4. Аналіз теоретичних та практичних досліджень щодо автоматизації розрахунку графіка руху поїздів свідчить про важливість підвищення значущості графіка руху поїздів як технологічної основи роботи окремих залізничних напрямків. Аналіз підходів до автоматизації побудови ГРП дозволив виявити низку недоліків: напівавтоматизований розрахунок розкладів руху поїздів; при розрахунках не враховується можливість автоматизованої зміни розкладів руху пасажирських поїздів; відсутність можливості враховувати деталізовану заявку оператора на нитку графіка, включаючи часові та експлуатаційні параметри. В умовах реформування залізничного транспорту усунення цих недоліків може зробити процес розроблення та коригування ГРП більш гнучким, що дозволить власникам інфраструктури більш оперативно співпрацювати з операторами перевезень.
5. Для формалізації автоматизованої процедури побудови графіка руху поїздів розроблено оптимізаційну математичну модель на основі мінімізації

133
сумарних витрат простою всіх поїздів, витрат на зупинку поїздів, рівня штрафу за невиконання директивних строків прибуття поїздів на станцію призначення та витрат на можливі затримки в реальних умовах руху, яка дозволяє з урахуванням різних запитів отримати раціональний розклад руху на кожній з дільниць залізничного напрямку для забезпечення узгодженого прямування поїздопотоків з відповідною системою обмежень, що враховує технічні та технологічні параметри інфраструктури.
6. Для оцінювання надійності графіка руху поїздів розроблено метод моделювання розповсюдження затримок поїздів на залізничному напрямку, що дозволяє отримати залежності еволюції динаміки розповсюдження затримок поїздів у часі та просторі. Аналіз отриманих результатів підтверджує відповідність моделювання реальним процесам, що відбуваються при взаємовпливі поїздів у виконаному графіка руху поїздів.
7. Для формування автоматизованої технології складання нормативного графіка руху поїздів на залізничному напрямку розроблено процедуру стикування залізничних дільниць, що передбачає декомпозицію розрахунків на основі розробленої оптимізаційної математичної моделі побудови ГРП по дільницям з ув’язкою цих дільниць за напрямком прокладання ниток графіка в різних режимах. Це дозволяє прискорити процедуру складання нормативного ГРП на залізничних напрямках великої протяжності.
8. Сформовано вимоги до автоматизованої системи розрахунку та аналізу графіка руху поїздів у межах інформаційного середовища системи АСК ВП УЗ- Є для зведення до мінімуму експертного підходу до складання графіка руху, що підвищить якість і швидкість складання та в подальшому надасть можливість проводити гнучкі розрахунки щодо надання маршрутів перевізникам різної форми власності, що набуває важливого значення в умовах впровадження відкритого доступу до залізничної інфраструктури.
9. Економічне обґрунтування запропонованих заходів доводить, що від проведених досліджень показників роботи залізничного напрямку Куп’янськ- Сорт. - Полтава-Півд. - Знам’янка-Сорт. - Чорноморська - Одеса-Сорт. в

134
умовах зміни інтенсивності поїздопотоків на основі автоматизації розрахунку графіка руху поїздів і впровадження варіанта з раціональним використанням пропускної спроможності залізничного напрямку економічна ефективність з наростаючим підсумком за період 2017-2021 рр. становить близько 376 млн грн. Розрахунки ГРП та моделювання розповсюдження затримок на залізничному напрямку довели, що в умовах перевантаження дільниці дільнична швидкість зменшиться на 25,5%, а загальна затримка збільшиться на 35,7% від режиму руху поїздопотоків в умовах раціонального завантаження.