Автореферат (Совершенствование методов автоматизированного планирования движения поездов в условиях развивающихся метрополитенов)

На правах рукописиЧжо Мин АунгСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГОПЛАНИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ В УСЛОВИЯХРАЗВИВАЮЩИХСЯ МЕТРОПОЛИТЕНОВ05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами ипроизводствами (транспорт)Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20182Работа выполнена в федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования «Российский университеттранспорта (МИИТ)» РУТ (МИИТ) на кафедре «Управление и защитаинформации».НаучныйСидоренко Валентина Геннадьевнаруководитель: доктор технических наук, профессорОфициальные Годяев Александр Ивановичоппоненты:доктортехническихнаук,профессор,федеральноегосударственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования «Дальневосточный государственныйуниверситет путей сообщения» (ДВГУПС), кафедра«Автоматика, телемеханика и связь», заведующий кафедрой;Швалов Дмитрий Викторовичкандидат технических наук, доцент, федеральное государственноебюджетное образовательное учреждение высшего образования«Ростовский государственный университет путей сообщения»(РГУПС), кафедра «Автоматика и телемеханика нажелезнодорожном транспорте», доцентВедущаяФедеральноегосударственноебюджетноеобразовательноеорганизация: учреждениевысшегообразования«Петербургскийгосударственный университет путей сообщения ИмператораАлександра I» (ПГУПС).Защита диссертации состоится 13 февраля 2019 г.

в 13:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 218.005.14 на базе федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования «Российскийуниверситет транспорта (МИИТ)» по адресу: 127994, ГСП–4, г. Москва, ул.Образцова, 9, стр. 9, ауд. 2505.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте РУТ(МИИТ) www.miit.ru.Автореферат разослан __ декабря 2018 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 218.005.14,д.т.н., профессорВ.Г.

Сидоренко3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. До 2006 года столицей республикиСоюз Мьянма был Янгон – самый густонаселенный город страны. Метро лучшедругих видов транспорта обеспечивает качество пассажирских перевозок врамках существующего города и в дальней перспективе.В настоящее время Москва переживает значительный рывок в развитииметрополитена, который осуществляет перевозку 6,498 млн. пассажиров в день.За последние два года в Москве сдана в эксплуатацию 21 новая станцияметрополитена, проложено 50,1 км подземных магистралей, что составляет10,57 % от числа станций и 15,22 % от протяженности подземных линий наначало 2016 года с начала эксплуатации метрополитена в 1935 г.В связи с этим актуальной является задача автоматизации планированияперевозочного процесса в условиях развивающихся метрополитенов дружескихстран – России и Республики Мьянма.

Одним из аспектов решения задачиавтоматизации является выбор методики построения математического ипрограммного обеспечения средств автоматизации с учетом изменяющихся вовремени требований пользователей и расширяющегося множества объектовавтоматизации. Это определяет актуальность проводимых исследований.Степень разработанности темы исследования. В мире накоплензначительный опыт автоматизации планирования и управления движениемпоездов метрополитена. В работах зарубежных авторов проводится общийанализ практических результатов применения разнообразного математическогоаппарата к решению таких задач. Примером может служить работа Тернер С.,Старр А., Тивари А., Блэктоп К.

Большой вклад в автоматизацию работыметрополитенов внесли ученые России. Авторами работ, связанных салгоритмамицентрализованногоуправлениядвижениемпоездовметрополитена, являются Балакина Е.П., Баранов Л.А., Бестемьянов П.Ф.,Воробьев П.Ю., Ерофеев Е.В., Ершов А.В., Козлов В.П., Логинова Л.Н.,Сеславин А.И., Сидоренко В.Г. и др. Работы Балакиной Е.П., Баранова Л.А.,Годяева А.И., Ерофеева Е.В., Максимова В.М., Моисеева А.А., Мелешина И.С.и др.

посвящены разработке и исследованию алгоритмов поездных устройствавтоведения поездов метрополитена. Вопросами планирования движенияпоездов метрополитена занимались в первую очередь Баранов Л.А., ВасиленкоМ.Н., Дегтярев Д.П., Жербина А.И., Новикова М.В., Сафронов А.И., СидоренкоВ.Г., Тишкин Е.М., Феофилов А.Н. и др. Как правило, эти работы затрагиваюти смежные области знания, а именно взаимодействие систем управления иобеспечения безопасности движения, моделирование функционированиясистем метрополитена; создание автоматизированных средств обученияперсонала, связанного с управления движением поездов метрополитена.Объектом исследования в данной работе является автоматизация иуправление технологическими процессами в условиях развивающихсяметрополитенов.В качестве предмета исследования рассматриваются алгоритмыпланирования движения поездов метрополитена.4Цельюдиссертацииявляетсясовершенствованиеметодикиавтоматизированного планирования движения поездов в условияхразвивающихся метрополитенов при учёте возможности расширения множествобъектов линии метрополитена.Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:1.

Анализ современного состояния вопроса и классификация задачпланирования перевозочного процесса.2. Анализ современных методологий проектирования программногообеспечения автоматизированных систем управления технологическимипроцессами (АСУ ТП).3. Создание ранее не автоматизированных процедур, входящих в составпроцесса построения планового графика движения пассажирских поездовметрополитена (ПГД ППМ), а именно: процедурыопределенияпоследовательностизаполненияиосвобождения указателей ночной расстановки составов, результаты которойиспользуют процессы ухода составов на ночную расстановку и выхода составовиз ночной расстановки; процедуры автоматического построения графика оборота (ГО)электроподвижного состава (ЭПС) метрополитена, результаты которойиспользуют процессы равномерного снятия составов после часа «пик» иорганизации связи планового графика движения (ПГД) и ГО.4.

Реализация программных средств и информационного обеспеченияавтоматизированной системы построения планового графика движенияпассажирских поездов метрополитена (АСП ПГД ППМ) с использованиемразработанных принципов построения системы, формализаций, алгоритмов имоделей.5. Проведение имитационных экспериментов с целью анализа качествафункционирования разработанного математического и программногообеспечения.Тема и содержание диссертации соответствуют паспортуспециальности 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическимипроцессами и производствами (транспорт), пункт 15 «Теоретические основы,методы и алгоритмы интеллектуализации решения прикладных задач припостроении АСУ широкого назначения (АСУТП, АСУП, АСТПП и др.)».Научная новизна работы состоит в том, что: Разработаны модели процессов, входящих в жизненный цикл ПГД иГО, позволившие выполнить декомпозицию задач автоматизированногопланирования движения поездов в условиях развивающихся метрополитенов,отличающиеся от известных более высокой степенью обобщения иинтегрированным подходом к решению всего комплекса задач, связанных спроектированием и эксплуатацией ПГД и ГО. Созданы алгоритмы топологической сортировки вершин графа,отличающиеся от известных учетом ограничений, возникающих при решениизадачи определения последовательности заполнения и освобожденияуказателей ночной расстановки составов.5 Показановлияниеинтеграции разработанныхпроцедурвавтоматизированное построение ПГД на расширение множества вариантовреализации переходных процессов ПГД. Формализованы способы кроссинговера, отличающиеся от известныхучетом особенностей аллелей, используемых при организации работыгенетического алгоритма (ГА) для решения задачи построения ГО. СформулированыкритерииоптимальностипостроенияГО,учитывающие особенности распределения ресурсов развивающейся линииметрополитена. Показано влияние параметров ГА на решение задачи построения ГО.Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что: Разработанныепроцедурыопределенияпоследовательностизаполнения и освобождения указателей ночной расстановки составовпозволяют рассматривать все множество вариантов реализации переходныхпроцессов ухода составов на ночную расстановку и выхода составов из ночнойрасстановки в ходе автоматизированного построения ПГД поездов на линииметрополитена. Алгоритмы автоматического построения ГО ЭПС позволяютрасширить множество рассматриваемых вариантов реализации переходныхпроцессов равномерного снятия составов после часа «пик» и организации связиПГД и ГО. Разработанная на базе схемы Model-View-Controller (MVC, МодельПредставление-Контроллер) методика автоматизированного планированиядвижения поездов позволяет эффективно решать расширяющиеся множествазадач пользователей средств автоматизации, возникающих в ходе развитияметрополитена. Разработанные математическое, информационное и программноеобеспечение являются составной частью АСП ПГД ППМ. Разработанные и включенные в состав программного обеспечения АСППГД ППМ компоненты, реализующие связь графических объектов,визуализирующих объекты линии, с самими объектами, позволяют реализоватьэффективное решение задач, связанных с ночной расстановкой и организациейманевровых перемещений составов, а также наглядно представлять процесссинтеза ПГД и ГО. Заложенная в основу создания разработанной автором системыподдержки принятия решения (СППР) возможность ее адаптации к решениюразличных задач может служить основой для численного решенияоптимизационных задач планирования движения пассажирских поездовметрополитена генетическими алгоритмами (ГА).Методология и методы исследований.

Результаты диссертационнойработы получены на основе использования системного анализа, теорииуправления, теории систем искусственного интеллекта, теории расписаний,теории графов, метода динамического программирования и методовимитационного моделирования.6Положения, выносимые на защиту: Методика проектирования, технические разработки, модели иструктурные решения человекомашинных систем, предназначенных дляавтоматизации построения ПГД. Модели процесса сбора и анализа данных ПГД и ГО и подпроцессов,входящих в его состав. Алгоритмы и результаты решения задачи автоматического определенияпоследовательности заполнения и освобождения указателей ночнойрасстановки составов с использованием описания графов в графической иматричной формах. Способы описания фитнес-функции, хромосомы, кроссинговера,учитывающие особенности аллелей, используемых при организации работыгенетического алгоритма для решения задачи построения ГО ЭПС привыполнении и невыполнении необходимого условия построения ГО, и способопределения размера первичной популяции и необходимости мутаций наоснове заданной вероятности того, что случайный набор хромосом будетсодержать все возможные значения аллелей в выбранном локусе. Результаты имитационных экспериментов, выполненных с цельюанализа качества функционирования разработанного математического ипрограммного обеспечения.Достоверность основных научных положений, выводов ирекомендаций, сформулированных в диссертации, опирается на результатыпроверки адекватности использованной модели и обусловлена корректностьюпостановок задач, обоснованностью принятых допущений, удовлетворительнойсходимостью результатов работы АСП ПГД ППМ с данными, полученными врезультате работы опытных инженеров–графистов Московского метрополитенабез использования данной системы, получением известных результатов, какчастного случая результатов данной работы.Апробация работы.