Оптимизация структуры систем диспетчерского управления движением поездов

Движение поездов на железнодорожном транспорте относится к сложным объектам управления. Это обусловлено распределенными в пространстве объектами управления при большом их количестве, наличием подвижных объектов, перемещающихся в пространстве, часто со случайным характером исходных параметров и необходимостью быстрого принятия решения с высокой ответственностью за безопасность управляемого процесса. В системе управления процессом перевозок диспетчер включен в контур управления работой участка железной дороги. Ограниченные психофизиологические возможности человека - диспетчера снижают пропускную способность всей системы.

Применяемые меры по снижению нагрузки диспетчера далеко не всегда приводят к положительным результатам. Так, например, для снижения нагрузки диспетчера практикуется уменьшение протяженности управляемого им участка железной дороги. При этом среднее число поездов, находящихся одновременно в зоне ответственности диспетчера, уменьшается, но возрастает сложность системы управления (увеличивается количество диспетчерских участков), возрастает нагрузка на диспетчера по согласованию условий движения поездов со смежными участками, снижается точность прогноза поездной ситуации и возможности выбора вариантов по управлению в сложных или конфликтных ситуациях.

Проблему повышения эффективности управления движением поездов необходимо решать не частными, односторонними мероприятиями, направленными на улучшение характеристик отдельных показателей или реализацию отдельных функций, их автоматизацию, а только комплексными методами на основе результатов анализа всего технологического процесса.

Обоснование различных организационно-технических решений требует применения средств и методов системного анализа, при этом каждое техническое решение или функциональная операция оценивается одним или несколькими показателями и характеризуется рядом факторов, определяющих значение показателей. Обязательным этапом системного анализа является построение математической модели, отображающей компоненты системы: процессы, объекты и структурную связь между ними. Для разных подсистем и процессов управления движением поездов, включающих объекты разной природы и сложности, необходимо множество моделей, от простейших аналитических до весьма сложных имитационных.

Система диспетчерского управления (СДУ) движением поездов относится к сложным системам с иерархической структурой управления, основными характеристиками которой являются:

- наличие замкнутых подсистем с явно выраженными локальными свойствами;

- существование глобального критерия оптимальности для системы в целом и частных (локальных) критериев для отдельных подсистем;

- иерархичность структуры управления с установленными уровнями подчиненности;

- тесная информационная связь между подсистемами, а также между всей системой и взаимодействующими с ней другими системами этого или более высокого иерархического уровня;

- наличие человека-оператора в составе практически каждой подсистемы, часто замкнутость подсистем осуществляется через человека, принимающего решения.

СДУ призвана обеспечить бесперебойное и безопасное движение поездов с заданной пропускной способностью участка диспетчерского управления. Это требует сбалансированного планирования всех передвижений и нахождения каждого поезда в процессе выполнения графика движения поездов (ГДП) под постоянным контролем и управлением СДУ. Для успешного решения поставленных задач необходима рациональная организация СДУ и обеспечение ее техническими средствами сбора, передачи и обработки информации, выполнения возложенных на нее функций [2].

Важнейшей задачей построения оптимальной структуры управления является выбор функциональной организации системы с последующим разделением ее на более мелкие элементы с рациональной группировкой их в зависимости от используемых методов и средств для решения конкретной задачи. Второй задачей, требующей решения после выбора функциональной структуры, является выбор набора функций и алгоритмов их реализации в каждой из подсистем, оптимальных в смысле достижения минимума затрат (средств, времени) на достижение целей системы.

Оперативное диспетчерское управление предназначено для реализации движения запланированных в ГДП поездов с целью обеспечения их безопасности, экономичности и точности выполнения ГДП. Безопасность достигается выполнением установленных норм иногда даже в ущерб остальным требованиям.

В качестве критерия, оценивающего качество организации движения поездов и СДУ, может быть принята сложность СДУ, приходящаяся на один поезд:

pорг = K/N min

при N>nN Nзад; Б > Бзад; З min; Э max; В max,

где К-общая сложность СДУ;

N, Nзад - максимальная и заданная пропускные способности системы;

nN -резерв пропускной способности системы;

Б, Бзад - достигнутый в системе и заданный уровни

безопасности движения поездов;

З - затраты на внедрение и содержание СДУ; I

Э - экономичность организации движения поездов;

В - степень выполнения задач, стоящих перед каждой службой, обеспечивающей движение поездов.

Сложность СДУ представляет собой безразмерную величину, которая характеризует организацию движения поездов и системы управления, а также затраты времени оперативным персоналом на обслуживание потока поездов. Наиболее простым способом определения сложности СДУ является экспертный, позволяющий сравнивать между собой различные варианты организации движения и СДУ в зависимости от интенсивности и характера движения, структуры путевого развития участка, маршрутов следования поездов, количества станций и объема их работы (включая маневровую), организации диспетчерских участков и взаимодействия их между собой.

В этом случае сложность СДУ для усредненного участка определяется как

КСДУ = Σ σiKi,- по всем i от 1 до n, ..V- »,,

где Ki - условные баллы сложности соответственно путевого развития участка, станций, интенсивности движения поездов, наличия особых поездов и т.д.;

σi - коэффициенты важности соответствующего фактора, определенные экспертами.

Сложность СДУ в целом по региону управления равна Кp = т КСДУ,

где т - количество участков диспетчерского управления.

Эффективным методом определения сложности СДУ, позволяющим учитывать все факторы, влияющие на нее при различных технических средствах и методах организации работы, является статистическое моделирование.

Одной из важных характеристик любой сложной системы управления является оптимальное сочетание принципов «централизации» и «децентрализации» [3], которые должны реализоваться в СДУ.

Органы оперативного управления, расположенные на нижнем уровне иерархии, самостоятельно решают свою тактическую задачу — управление работой конкретных станций и диспетчерских участков. Они оперируют быстро меняющейся информацией о поездной ситуации и ходе маневровой работы. На верхних уровнях иерархии управления проводится анализ сложившейся ситуации, выявляются отклонения от планового графика технологического процесса и решается стратегическая задача координации работы нижних уровней, смежных по управлению между собой.

Основным элементом СДУ является человек - диспетчер. От того, насколько рационально решен вопрос взаимодействия диспетчера (на каждом иерархическом уровне управления) с техническими средствами, во многом зависит эффективность всей системы.

В качестве примера системного подхода рассмотрим два варианта построения СДУ в некотором регионе.

Первый вариант предусматривает трехуровневое построение СДУ:

- в целом по сети железных дорог - департаментом перевозок ОАО «РЖД» (ЦУП);

- в пределах дороги - службой перевозок (Д);

- на отдельных участках — отделами перевозок отделений железной дороги (НОД).

Во втором варианте управление осуществляется по двухуровневой структуре:

- в целом по сети железных дорог - департаментом перевозок ОАО «РЖД» (ЦУП);

- в пределах дороги - службой перевозок (Д) с переводом в нее управления на отдельных участках.

С точки зрения выполняемых функций, информационного обеспечения и степени централизации управления оба варианта равнозначны. Современные средства передачи информации, цифровые оптоволоконные линии связи позволяют обеспечить оперативный и диспетчерский персонал необходимой информацией на любом уровне.

Во втором варианте практически осуществлено механическое перемещение средств управления с третьего уровня (отделение) на второй уровень (дорога) без изменений функций СДУ. Поводом для такого решения явилась необходимость концентрации управления всем перевозочным процессом в одном месте - в едином дорожном центре управления (ЕДЦУ). Однако по сложившейся практике и существующим нормативным документам управление движением поездов должен осуществлять один человек - поездной диспетчер независимо от того, где он находится: в ЕДЦУ дороги или в центре управления отделения.

Таким образом, рассматриваемые варианты построения структуры СДУ равнозначны по функциям и эффективности управления технологическими процессами, но значительно различаются объемом технических средств и способами представления, передачи и обработки информации, связанной с обеспечением бесперебойности и безопасности перевозочного процесса.

Это выражается в следующем.

1. Достоверность передачи информации для СДУ (команд телеуправления ТУ и телесигнализации ТС) определяется:

- качеством работы аппаратуры приема, передачи и обработки сообщений;

- способами защиты информации от искажения (вид выбранного кодирования, организация протокола обмена и т.д.).

Для аппаратуры приема, передачи и обработки информации качество работы в смысле достоверности получаемой информации определяется вероятностью ее безотказной работы. К такой аппаратуре относятся устройства линейных пунктов ДЦ (на станциях участка) и станций связи, устанавливаемых в отделениях дороги, а при концентрации управления движением поездов в ЕДЦУ добавляются станции связи в отделении и управлении дороги для осуществления передачи информации между ними. При равных условиях достоверность передачи информации, определяемая безотказностью аппаратуры, во втором случае будет ниже, чем в первом, причем это касается как команд ТУ, так и сообщений ТС.

2. На достоверность информации, передаваемой по каналам связи, основное влияние оказывает количество трансляционных пунктов в тракте передачи. Естественно, во втором случае количество переприемов информации в трансляционных пунктах увеличивается, причем не только за счет дополнительного переприема в станции связи, расположенной в отделении дороги, но и за счет случайного количества маршрутизации информационных потоков в каналах передачи информации между отделением дороги и ЕДЦУ.

3. Для обеспечения безопасности движения поездов, в том числе информационной безопасности, к каналам передачи команд ТУ и ТС систем ДЦ предъявляются определенные требования, в том числе по времени передачи сообщений, приводящие к необходимости выделения этих каналов, исключения несанкционированного доступа к ним и т.д. При втором варианте структуры СДУ эти требования должны выполняться и в канале связи между отделением дороги и ЕДЦУ, что приводит к усложнению средств, а, следовательно, к удорожанию организации этого канала и снижению эффективности системы связи. Так, для каждого диспетчерского участка необходимо иметь отдельный канал передачи сигналов ТУ и ТС от ЕДЦУ через отделение дороги до устройств линейных пунктов на станциях участка. В первом варианте такие каналы необходимы только в тракте передачи сигналов ТУ и ТС от центра управления в отделении дороги до линейных пунктов на станциях участка. Между отделением дороги и ЕДЦУ может использоваться групповой канал для передачи только сигналов ТС от всех диспетчерских участков данного отделения. При построении устройств центрального поста СДУ используются локальные вычислительные сети (ЛВС) для обмена информацией И между станциями связи ДЦ, АРМ поездных диспетчеров, системами верхнего уровня управления и др. В первом варианте структуры СДУ необходимы ЛВС в отделениях дороги с числом абонентов до 10 - 12 и ЛВС в ЕДЦУ для объединения станций связи, и АРМ дорожных диспетчеров (ДГП). Во втором варианте необходима мощная ЛВС для обмена информацией между всеми абонентами - операторами СДУ, станциями связи и т.д. с достаточно мощным сервером. Естественно, требования по достоверности, скорости передачи, ограничениям несанкционированного доступа (необходима установка «шлюзов») к такой ЛВС будут выше. Следовательно, ее стоимость и сложность возрастут, а надежность снизится.

Объединение всех устройств СДУ в одну информационную сеть в ЕДЦУ при втором варианте структуры СДУ снижает живучесть системы, т.к. отказ одного ее элемента, например ЛВС, приводит к отказу всей СДУ дороги.

Таким образом, по критериям надежности, живучести и безопасности второй вариант построения структуры СДУ имеет более низкие показатели, чем первый, при равных возможностях по оперативному (стратегическому и тактическому) управлению. По экономическим показателям (стоимость оборудования, эксплуатационные затраты) он также проигрывает первому варианту. К; С точки зрения организации управления процессом перевозок первый вариант также имеет неоспоримые преимущества: оперативный персонал, в первую очередь поездные диспетчеры находятся ближе к объектам управления и могут чаще их посещать для ознакомления с эксплуатационной обстановкой, как это требуется нормативными документами;

- на уровне отделения дороги сохраняется вся информация о поездной ситуации, доступная заинтересованным службам;

- сохраняется централизация общего (стратегического) управления на уровне дороги (ДГП) и сети дорог (ЦУП) без ухудшения показателей эксплуатационной готовности СДУ;

- техническое обслуживание устройств линейных пунктов, аппаратуры связи и центрального поста сосредоточено, как правило, в одной дистанции сигнализации и связи, что повышает ответственность персонала и качество выполняемых работ.

Таким образом, применение методов системного анализа при выборе структуры организации СДУ дает значительный экономический и эксплуатационный эффект, позволяет избежать ошибок при организации управления движением поездов, позволяет оптимизировать количество технических средств для передачи и обработки информации и, в конечном счете, ведет к повышению безопасности движения поездов.










Системы передачи данных

 


Комплексные проектные решения

 


Управление распределенными системами

 


Автоматизированные рабочие места

 


Системы и средства обеспечения безопасности движения

 


Цифровые сети технологической связи

 


Информационные системы управления движением

 


Автоматизированное управление разработками проектов

 




Только у нас. Получить загранпаспорт срочно, можно за 3 дня.

 


Для вашего СТО необходимо шиномонтажное оборудование компания Сервисто поможет Вам!

 


LCD панели и мониторы Panasonic

 


Отличная паркетная доска Баум - производство и продажа.

 



Copyright (c) 2008, Infotest, Inc.