?
Применение теории графов при автоматизации управления движением поездов метрополитена
При решении задач автоматизации управления транспортными системами графовые модели применяются для решения широкого круга задач:
- моделирования топологии транспортной системы;
- формализованного описания технологических процессов, протекающих в системе;
- разработки алгоритмов управления, реализуемых средствами автоматизации;
- решения задач оптимального управления.
В данной работе авторы приводят результаты, полученные в области автоматизации управления движением поездов метрополитена на кафедре «Управление и защита информации» Московского государственного университета путей сообщения императора Николая II (МГУПС (МИИТ).
Основой для разработки широкого класса средств автоматизации управления движением поездов метрополитена является комплексная модель линии метрополитена. Она используется
- в тренажере поездного диспетчера линии метрополитена;
- автоматизированной системе оперативного диспетчерского управления движением поездов;
- автоматизированной системе энергооптимальных тяговых расчетов;
- автоматизированной системе построения плановых графиков движения пассажирских поездов;
- автоматизированной системе оценки эффективности использования рекуперативного торможения на электроподвижном составе метрополитена и накопителей энергии.
При построении графа, описывающего топологию линии метрополитена, используется несколько видов вершин, соответствующих следующим объектам линии метрополитена:
- тупикам – смежные с одним ребром;
- краям платформы станций – смежные с двумя ребрами;
- изолирующим стыкам между рельсовыми цепями – смежные с двумя ребрами;
- стрелкам – смежные с тремя ребрами.
Связывающие вершины ребра объединяются в пути, описывающие пути реальной линии метрополитена. Построенная графовая модель линии метрополитена позволяет моделировать движение поездов по главным и станционным путям в различных направлениях в соответствии с плановым графиком движения или командами поездного диспетчера.
Для описания технологических процессов и алгоритмов управления используется дискретно-событийное моделирование. Распространенными способами такого моделирования являются сети Петри и нотации бизнес-моделирования, которые вместе со схемами алгоритмов являются разновидностью графовых моделей.
В ходе работ, выполненных на кафедре «Управление и защита информации» построены графовые модели следующих процессов
- реализуемых в тренажере поездного диспетчера линии метрополитена;
- входящих в жизненный цикл графика оборота электроподвижного состава и планового графика движения пассажирских поездов;
- протекающих при управлении движением поездов в соответствии с плановым графиком движения или командами поездного диспетчера;
- являющихся основой функционирования системы маршрутно-релейной централизации линии метрополитена и систем обеспечения безопасности движения.
Выбор той или иной формализации определяется задачами, для решения которых описание процесса используется.
При решении задач управления графовые модели используются для иллюстрации работы дискретного варианта динамического программирования Беллмана, аналогичных или построенных на его основе методов решения оптимизационных задач. С их использованием в рамках работ по автоматизации управления движением поездов метрополитена решены следующие задачи:
- выбора энергооптимальных режимов ведения поездов по перегонам метрополитена;
- оптимального по быстродействию восстановления движения поездов по плановому графику после ликвидации причин возникновения больших сбоев;
- построения рационального по критерию равномерности назначения осмотров сценария технического обслуживания электроподвижного состава;
- автоматического определения последовательности заполнения и освобождения указателей ночной расстановки составов на линии метрополитена.
