Методика определения допустимой продолжительности перевозки скоропортящихся грузов в режиме «ТЕРМОС» с учетом климатических условий на конкретном железнодорожном направлении

Введение

Сеть железных дорог России имеет огромную протяженность как с севера на юг, так и с запада на восток. На территории Российской Федерации можно найти примеры почти всех известных типов климата в северном полушарии планеты. Современная практика, используемая при разработке условий перевозок скоропортящихся грузов в режиме «термос», предусматривает использование в качестве расчетных климатические условия в летний, зимний и переходный периоды года для всей сети железных дорог России. При этом неоправданно уменьшаются предельные сроки и, как следствие, предельно допустимая дальность перевозки скоропортящихся грузов на направлениях с мягкими климатическими условиями, значительно отличающимися от расчетных. В то же время для ряда направлений с климатическими условиями, отличающимися от расчетных в худшую сторону, предельные сроки таят угрозу потери качества продукта или его порчу во время перевозки.

В условиях стабилизации отечественного рынка производства и потребления скоропортящихся пищевых продуктов отправители таких грузов все чаще используют постоянные направления транспортировки, на которые приходится максимальный объем перевозочной работы.

В целях дальнейшего совершенствования технологии перевозки грузов в режиме «термос» предлагается в качестве расчетных климатических условий принимать не общесетевые, а условия на конкретном направлении перевозки для исследуемого периода года и по ним производить расчет предельных сроков перевозки, базируясь на методике расчета.

Характеристика направления перевозки

При определении расчетных температур наружного воздуха на конкретном направлении перевозки имеет значение географическое расположение начальной, конечной и промежуточных точек маршрута.

Для рассматриваемого направления необходимо максимально точно смоделировать пространственное положение линии маршрута перевозки в системе географических координат. Для этого с помощью географических координат определяется местоположение характерных точек маршрута. Географические координаты указывают положение точки на правильной геометрической фигуре - сфере или земном эллипсоиде. Для объектов реальной физической поверхности Земли вводят третью координату - высота над уровнем моря.

В качестве характерных точек маршрута принимаются железнодорожные станции, ограничивающие условно прямолинейный участок пути, и при необходимости дополнительные промежуточные точки. Количество и расположение дополнительных промежуточных точек маршрута выбирается в зависимости от расстояния между железнодорожными станциями и наличия изгибов или прочих особенностей маршрута.

Формирование исходных метеоданных

В качестве исходных данных для определения расчетных температур наружного воздуха в конкретном районе (в зоне прохождения маршрута перевозки) за исследуемый период года используется метеорологическая информация, полученная в результате систематических наблюдений за состоянием атмосферы за период в 30 лет.

Основу системы получения данных о состоянии природной среды составляют гидрометеорологические станции и посты. Действующая система сбора, анализа и распространения метеоданных базируется на принципе измерения параметров природной среды в отдельных пунктах, дополняемых по ряду показателей радиолокационным зондированием, а также маршрутными наблюдениями.

Для определения расчетных температур наружного воздуха для сети железных дорог России используются данные метеорологических наблюдений по стране в целом. Определение параметров воздушной среды для конкретной железной дороги или отдельного направления перевозки связано с выделением из всей совокупности метеопунктов отдельной группы, позволяющей наиболее точно рассчитать значение искомого параметра в границах дороги или направления.

Рационально подобранная группа пунктов наблюдений должна представлять собой систему, где каждая метеостанция имеет свое определенное место в отношении местоположения и объема наблюдений. Поданным каждой рассматриваемой метеостанции можно путем интерполяции вычислить значение необходимой метеорологической величины (например, температуры воздуха) с установленной точностью для каждого пункта и рассматриваемой территории в целом.

Точность интерполяции зависит, главным образом, от расстояния между метеорологическими станциями и от изменчивости исследуемого параметра во времени. В горных районах на изменчивость величин влияют высота места, форма рельефа, экспозиция склонов. Эти особенности необходимо учитывать при составлении группы расчетных метеостанций и оценки степени их влияния на конечный результат.

Температура и влажность воздуха относятся к первой группе метеорологических величин по характеристике пространственной изменчивости. Они достаточно хорошо интерполируются при расстоянии между метеостанциями 60-80 км. В то же время с учетом экономической эффективности оптимальное расстояние между станциями с метеорологическими наблюдениями в России принято равным в среднем 60-80 км в обжитых районах (одна станция на 4-6 тыс. км2) и 100-150 км в необжитых районах.

На исследуемой территории наравне с густотой расположения метеостанций необходимо учитывать ландшафт и рельеф местности. Это вызвано тем, что температура воздуха убывает с высотой (в среднем на 0,6°С/100 м). Поэтому над возвышенностями она, как правило, ниже, чем в расположенных рядом долинах.

При осреднении результатов длительных наблюдений выявляются особенности суточного хода температуры. Амплитуда суточного хода температуры воздуха зависит от многих факторов, и, в частности, от широты места. С увеличением широты амплитуда убывает; в среднем за год она составляет в тропических областях около 12°С, в умеренных - около 8-9°С. В умеренных широтах наименьшие амплитуды суточного хода температуры наблюдаются в зимний период года, наибольшие - в летний и переходный (причем весной они несколько больше, чем осенью). Также на суточный ход температуры оказывает влияние рельеф местности. При работе с данными, полученными от метеостанций, и при составлении непосредственно группы расчетных станций необходимо учитывать местность, по которой проходит маршрут: в котловинах, ложбинах, долинах амплитуда больше, чем над равнинами, а над последними она больше, чем над горами и холмами.

Широта места оказывает большое влияние и на амплитуду годового хода температуры воздуха. Амплитуда годового хода представляет собой разность среднемесячных температур самого теплого и холодного месяцев. Годовая амплитуда подчиняется закону географической зональности, т.е. растет с географической широтой. Наименьшая амплитуда наблюдается в экваториальной зоне, максимальные значения достигаются в полярных широтах. Годовой ход температуры воздуха разнообразен и в разных географических зонах.

Представленные факторы, связывающие изменение температуры наружного воздуха с характеристикой местности, по которой проходит маршрут транспортировки груза, должны рассматриваться как дополнительные критерии при обосновании выбора метеорологических станций в зоне прохождения маршрута и степени влияния их данных на средневзвешенную среднесуточную расчетную температуру воздуха для конкретного направления.

Расчет средневзвешенной среднесуточной расчетной температуры наружного воздуха на направлении транспортировки

Учет пунктов наблюдения производится в некотором ареале вокруг маршрута перевозки, представленного в виде множества соединенных между собой точек, количества которых достаточно для учета всех особенностей пролегания маршрута на местности. Границы расчетного ареала расположены на определенном расстояниирадиусе от линии маршрута. Значение этого радиуса выбирается из условия включения в расчетный ареал всех пунктов наблюдения, данные которых непосредственным образом распространяются на один или несколько участков рассматриваемого маршрута; данная оценка производится путем нахождения кратчайшего расстояния между каждой точкой маршрута и всеми пунктами наблюдений существующей сети метеорологических наблюдений, географические координаты которых известны. Максимальное значение полученного таким образом вектора кратчайших расстояний и является искомым радиусом, ограничивающим расчетный ареал. В реальных условиях решаемых задач эта величина составляет 200-250 км.

Расчетная температура наружного воздуха на маршруте перевозки определяется как средневзвешенная расчетных среднесуточных температур отдельных пунктов наблюдения сформированной группы метеостанций:

где tiPрасчетная среднесуточная температура по i-му пункту наблюдения за исследуемый период года, °С;

ωiстепень влияния данных i-ro пункта наблюдения на величину значения расчетной температуры на маршруте перевозки, доли единицы. Расчетная температура наружного воздуха по i-му пункту наблюдения tiP с заданной надежностью обеспечения температурных условий перевозки Р определяется, по следующей формуле:

где mi и σi - соответственно, математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение среднесуточной температуры наружного воздуха, °С. Для теплых периодов года σi, принимает положительные значения, для холодных - отрицательные;

Χ - квантиль нормального распределения (определяется в зависимости от величины Pt).

Для определения mi и σi по каждому из рассматриваемых пунктов наблюдения авторами настоящей статьи средствами пакета MATLab разработана компьютерная программа (рис. 1) для обработки статистических метеоданных, накопленных за предыдущие периоды.

Степень надежности при установлении расчетной температуры наружного воздуха по i-му пункту наблюдения определена, исходя из средней продолжительности груженого рейса вагона, τгр , и продолжительности периодов года, τпер по следующей формуле:

Рис.1

Степень влияния данных i-ro пункта наблюдения на величину значения расчетной температуры наружного воздуха на всем маршруте перевозки целесообразно определять в долях единицы. Вследствие того, что плотность распределения метеорологических пунктов наблюдения на сети неравномерна и маршрут перевозки представляет собой ломаную линию значительной протяженности и изменчивой конфигурации, очевидно, что в расчетном ареале будут расположены пункты наблюдения в различной степени влияющие на формирование среднего значения расчетной температуры наружного воздуха. Данные пунктов наблюдения, находящихся внутри расчетного ареала, оцениваются по степени охвата длины маршрута перевозки и степени охвата площади расчетного ареала:

где li — длина участка маршрута перевозки, охваченного i-м пунктом наблюдения, км;

L — полная длина маршрута перевозки, км;

Si — площадь участка расчетного ареала, охваченная i-м пунктом наблюдения, км2;

S - общая площадь расчетного ареала, км2.

Использование этих двух критериев позволяет оценить долю влияния статистических данных каждой метеостанции из общей группы пунктов наблюдения с учетом их удаленности друг от друга, особенностей маршрута перевозки, различной плотности размещения на сети и представляет собой упрощенную реализацию метода интерполяции.

Определение степеней влияния сводится, таким образом, к нахождению численных значений критериев ωiI и ωiII . Задача подобного типа успешно решается при представлении всей площади расчетного ареала в виде множества близкорасположенных точек, расстояние между которыми сравнительно мало (в практических условиях оптимальным является расстояние в 10-20 км) и определяет точность расчетов. Такое представление исследуемых объектов позволяет оперировать простыми математическими понятиями (поиск кратчайшего расстояния между двумя точками, минимальное значение конечного набора данных и т.п.). Критерии ωiI и ωiII в этом случае записываются следующим образом:

где niL — количество точек по длине маршрута, охватываемое i-м пунктом наблюдения;

nL - количество точек, на которое разбит весь маршрут перевозки;

niS - количество точек в пределах расчетного ареала, охватываемое i-м пунктом;

nS - количество точек поля, равномерно заполняющего расчетный ареал.

Практическая реализация предложенной методики определения расчетной температуры наружного воздуха на маршруте перевозки выполнена с привлечением средств вычислительной техники. Специализированное программное обеспечение базируется и взаимодействует с вычислительной системой MATLab, включает библиотеки и функции ядра, Statistika Toolbox и Mapping Toolbox. Общий алгоритм поиска решения приведен на рис. 2.

После определения средневзвешенной среднесуточной расчетной температуры наружного воздуха на заданном направлении перевозки ее значение передается в качестве исходного параметра в программу, реализующую методику расчета предельного срока перевозки и разработанную авторами данной статьи в среде MATLab (рис. 3).

Схема выполнения расчетов для определения средневзвешенной среднесуточной температуры 
наружного воздуха на заданном направлении перевозки для заданного периода года

Рис.2. Схема выполнения расчетов для определения средневзвешенной среднесуточной температуры наружного воздуха на заданном направлении перевозки для заданного периода года

Интерфейс программы расчета предельных сроков перевозки грузов в режиме термос

Рис. 3. Интерфейс программы расчета предельных сроков перевозки грузов в режиме «термос»

Заключение

Очевидно, что описанная технология определения предельных сроков перевозки грузов в режиме «термос» на отдельных направлениях допустима в отношении ограниченного числа клиентов железнодорожного транспорта и юридически может быть оформлена выдачей особых условий на такие перевозки.

В дальнейшем такая практика может иметь характер оперативного принятия решений со сведением к минимуму субъективного человеческого фактора. Климатологические данные в этом случае можно будет принимать прогнозные (на период планируемой перевозки с учетом ее дальности), а собственно расчетную часть сделать общедоступной для работников и клиентов железнодорожного транспорта (по технологии «клиент-сервер») в сети Интернет и железнодорожной сети Интранет. Контроль принимаемых решений должен быть возложен на соответствующие службы перевозчика и Федеральное Агентство железнодорожного транспорта.

Использование предлагаемого метода в его развитии по сравнению с применяемым в настоящее время подходом (в качестве расчетных при определении предельного срока перевозки грузов закладываются худшие климатические условия для всей сети) позволит:

• обеспечить лучшую сохранность скоропортящихся грузов во время перевозки железнодорожным транспортом в режиме «термос»;

• увеличить дальность перевозок скоропортящихся пищевых грузов в режиме «термос»;

• наладить снабжение удаленных от мест производства регионов потребления более дешевой продукцией (вследствие снижения транспорт ной составляющей в конечной цене продукта);

• уменьшить субъективный фактор при принятии решений о возможности осуществления той или иной перевозки груза в режиме «термос» (повысить качество принимаемых решений);

• увеличить доходы перевозчика за счет привлечения на железно дорожный транспорт дополнительных объемов перевозок, ранее осуществлявшихся автомобильным и другими видами транспорта.










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

 






 



Copyright (c) 2008, Infotest, Inc.