OPTIMIZATIONAL TRACTION TASKS ON THE RAILWAY NETWORK

ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. ВісникДніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2019, № 3 (81) ЕЛЕКТРИЧНИЙ ТРАНСПОРТ, ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ ТА КОМПЛЕКСИ УДК 656.22 М. Г. ПРИТУЛА1*, О. А. ПАСЕЧНИК2* 1*Центр математичного моделювання НАНУ, вул. Дудаєва, 15, Львів, Україна, 79053, тел. +38 (032) 261 18 85, ел. пошта , ORCID 0000-0001-9259-4114 2*Державне підприємство «Проектно-конструкторське технологічне бюро з автоматизації систем управління на залізничному транспорті України», вул. Жилянська, 97, Київ, Україна, 01135, тел. +38 (044) 226 24 82, ел. пошта , ORCID 0000-0001-7303-0145 ОПТИМІЗАЦІЙНІ ТЯГОВІ ЗАДАЧІ НА ЗАЛІЗНИЧНІЙ МЕРЕЖІ Мета. Робота передбачає розроблення інформаційного й алгоритмічного забезпечення для проведення оптимізаційних тягово-енергетичних розрахунків на залізничній мережі з метою їх подальшого використання в системах ефективного управління перевізним процесом. Методика. В основі дослідження – графоаналітична система, модель руху поїзда з різними типами тяги, методи оптимального управління поїздом і фундаментальні алгоритми на зважених графах із можливими паралельними ребрами (дугами). У комплексі ці складові системи забезпечують знаходження на граф-схемі шляхів за заданими критеріями, проведення оптимізаційних тягово-енергетичних розрахунків, а також порівняльного аналізу отриманих результатів. Достовірність результатів неодноразово перевірено наявними способами для різної складності перегонів за планом і профілем траси. Для цього використано дані, отримані в результаті проведення контрольних поїздок із застосуванням динамометричних вагонів, а також проведено порівняльний аналіз режимів роботи поїздів, розрахованих та отриманих кваліфікованими машиністами на різних перегонах. Результати. Розглянуто проблему ефективної експлуатації різних типів і модифікацій локомотивів, задіяних у реалізації графіків руху поїздів різного призначення й навантаження. Наведено постановку прямих та обернених оптимізаційних, за різними критеріями, режимних задач на залізничній мережі й варіанти їх ефективного розв’язування. Подано аналіз результатів розробленого математичного забезпечення й ідеї реалізованих алгоритмів. Наукова новизна. У роботі запропоновано постановку мережних оптимізаційних задач, які виникають на етапах розроблення плану формування поїздів, побудови графіків руху, оцінки пропускної здатності й розрахунку оптимальних параметрів складових графіків руху тощо. Важливим є системний підхід, що забезпечив поєднання розробленої моделі мережі в універсальних термінах теорії графів із системою актуалізації їх параметрів. Тягово-енергетичні розрахунки проведено методами комбінаторної оптимізації, що забезпечило максимальний рівень автоматизації процесу розв’язування великого набору прямих та обернених режимних задач із різними критеріями оптимальності. Практична значимість. Розроблено інформаційне й алгоритмічне забезпечення для автоматизації процесу розв’язування прямих та обернених режимних тяговоенергетичних задач на залізничній мережі, яке пройшло апробацію в процесі розрахунку основних складових для формування графіків руху, аналізу режимів ведення поїздів, оцінки вибору оптимальних параметрів реконструкції колійного полотна для швидкісних і нових типів поїздів (локомотивів). Ключові слова: тягові розрахунки; залізнична мережа; фундаментальні алгоритми; режим руху; оптимальний режим; графік руху; безпека руху; математичне забезпечення Вступ Залізниця як складна система є одним із найбільших споживачів палива, електроенергії та інших матеріальних і нематеріальних ресурсів. Основна проблема залізничного транспорту – ефективне управління потоками вантажів і пасажирів на всіх етапах – від їх формування до місць доставки. Ефективність функціонування такої системи вимагає забезпечити організацію потоків вагонів і їх упорядкованого руху в складах поїздів згідно з графіками руху, з максимальною безпекою, економічністю тоCreative Commons Attribution 4.0 International doi: https://doi.org/10.15802/stp2019/171774 44 що. У багатьох випадках виникає необхідність забезпечити максимальну реалізацію пропускної й перевізної здатності, оперативного коригування, за потреби, потоків вагонів і поїздів, відповідно і графіків руху в разі виникнення нештатних ситуацій тощо. Усі процеси на мережі залізниць є взаємопов’язаними, тому їх потрібно аналізувати в комплексі. Системний аналіз таких процесів вимагає наявності певних інструментів – систем оперативної розробки плану формування, оперативного планування роботи станцій і прокладання ниток графіка © М. Г. Притула, О. А. Пасечник, 2019 ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. ВісникДніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2019, № 3 (81) ЕЛЕКТРИЧНИЙ ТРАНСПОРТ, ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ ТА КОМПЛЕКСИ руху поїздів тощо. На жаль, таких систем, які б у реальному часі забезпечували оптимальне розв’язання згаданих задач, на залізниці України не існує. Відсутність системного підходу до проведення наукових досліджень не сприяє реалізації наявного наукового кадрового потенціалу як загалом в Україні, так і в самій структурі залізниці зокрема. Список використаних джерел [1–24] містить роботи, у яких наведено розроблення алгоритмічного забезпечення для розв’язування оптимізаційних задач на мережах [1–2, 10–11]; моделі руху поїзда й результати їх апробації [3–9]; дослідження з теми роботи за кордоном [10–22]. У наведеному списку є небагато завершених робіт, присвячених тяговим розрахункам на залізничній мережі України. В оглядовій роботі [3] подано перелік наявних методів визначення енергооптимальних режимів руху електричного рухомого складу без порівняльного аналізу їх використання й апробації із залученням реальних даних. Зазначено, що зазвичай для побудови оптимального управління рухом поїзда застосовують принцип максимуму академіка Л. С. Понтрягіна. Одночасно в роботі наведені й аргументи неефективності його використання саме для розв’язування тягових задач. У дослідженнях, які проведені за межами України [12–24], проблему оптимізації траєкторії швидкості руху поїздів розглядають у сукупності з проблемами оптимізації графіків руху, експлуатації поїздів за умови оптимального коригування режимів руху в разі їх затримки (максимальне наближення до запланованого розкладу), побудови ефективної інформаційно-дорадчої системи машиніста тощо. При цьому для оптимізації траєкторії руху поїздів використовують оптимальні стратегії й методи нелінійного й динамічного програмування для забезпечення енергоефективних режимів руху з обмеженнями швидкостей і пропускною здатністю тощо. У багатьох вищезгаданих роботах наведена інформація щодо апробації розробленого математичного забезпечення в окремих країнах, а також національні особливості експлуатації й функціонування залізничного транспорту. Безперечно, свої особливості існують і в Україні, які полягають у наступному: – централізоване управління перевізним процесом на (...truncated)