Способ управления движением поездов на диспетчерском участке двухпутной железной дороги при смешанном движении по нему грузовых, ускоренных и пассажирских поездов с использованием имитационного моделирования и система для его осуществления на основе цифровой динамической модели Российский патент 2023 года по МПК B61L27/12 

Изобретения предназначены для моделирования прогнозного, опережающего развитие событий, связанных с реальным движением и взаимодействием поездов, движения поездов на диспетчерском участке двухпутной железной дороги, который оборудован системой «диспетчерской централизации», позволяющей диспетчеру переключать сигналы входных и выходных светофоров станций при отклонении реальных траекторий движения поездов от расчетных, предусмотренных актуализированным графиком движения поездов - ГДП.

Известен способ моделирования движения поездов, использующийся в планировщике ресурсов для планирования ресурсов поездов на железных дорогах. Планировщик внедрен в экспертную систему, в которой используются дополнительные приемы имитации, чтобы приблизиться к оптимальному решению. При моделировании используют базу данных ресурсов, осуществляют имитацию поддержки диспетчера, задают графики движения поездов, время, условия остановки; движение поездов моделируют с учетом истории поездов, событий остановок и запросов на перемещения, данные о поездах и их местоположении. Соответственно моделируется состояние средств железнодорожной сигнализации (патент US 6154735, МПК: B61L 27/00, опубл. 28.11.2000 г.) - аналог.

Недостатком данного способа является практическая невозможность его использования для моделирования самого участка как комплекса блок-участков, поскольку моделирование в этом способе основано на сложной многоуровневой модели топологии железнодорожного участка.

Известен способ имитационного моделирования движения поездопотока по двухпутному участку железной дороги, при котором задают постоянные данные для моделирования, включающие в себя данные о станциях участка, о графике движения поездов; оперативные данные, включающие в себя характеристики входных потоков поездов, характеристики каждого поезда и условия их пропуска, шаг моделирования. После моделирования сохраняются результаты моделирования с возможностью просмотра их и записи на носитель информации (патент US №5623413, МПК: B61L 27/00, опубл. 22.04.1997 г.) - аналог.

Недостатком известного решения является то, что в нем не предусмотрено моделирование движения поездов по блок-участкам по сигналам светофоров.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение в части способа, является повышение качественных и количественных показателей эксплуатационной работы на диспетчерском участке, организация движения поездов на участке, на котором невозможно следование поездов по запланированному ГДП и обеспечение поездного диспетчера планом пропуска с соблюдением регламентов в реальном масштабе времени.

Указанный технический результат в части способа достигается тем, что в способе управления движением поездов на диспетчерском участке двухпутной железной дороги при смешанном движении по нему грузовых, ускоренных и пассажирских поездов с использованием имитационного моделирования в случае отклонения движения поездов от планового графика, осуществляют имитационное моделирование движения всех находящихся на данном диспетчерском участке поездов с использованием цифровой динамической модели, для чего изначально с пульта диспетчера вводят исходные данные для моделирования, в единых синхронизированных пространственно-временных координатах, после чего задают время начала моделирования - Т₀, и конца моделирования - Т_К, затем на каждом шаге имитационного моделирования процессов движения поездов ΔT определяют показания светофоров, скорости движения, перемещения и координаты каждого поезда, и на модели определяют возможность возникновения конфликтных ситуаций, при установлении которых имитационное моделирование останавливают и ликвидируют конфликты на модели, после чего возобновляют моделирование для выявления следующего возможного конфликта, до конца моделирования - Т_К, а потом выполняют те-же действия по устранению конфликтов для реального движения до их возникновения.

Способ, характеризующийся тем, что на каждом шаге моделирования проверяют возможность перехода поездов по порядку их следования на соседний диспетчерский участок и по моменту перехода последнего из поездов на соседний участок определяют максимальную продолжительности моделирования.

Способ, в котором в начале моделирования по данным об исполненном движении поездов актуализируют координаты каждого поезда, находящегося на данном диспетчерском участке в момент Т₀, сопоставляют с координатами светофоров на данном участке и определяют показания сигналов светофоров перед каждым поездом в соответствии с логикой светофорного регулирования.

Способ, характеризующийся тем, что при появлении в процессе имитационного моделирования конфликта, проявляющегося в движении хотя-бы одного из поездов на желтый сигнал светофора, заблаговременно осуществляют переключения светофоров на ближайшей к конфликту промежуточной станции для приема и остановки под обгон впереди идущего тормозящего движение поезда, а после обгона открывают выходной сигнал для остановленного поезда и включают моделирование в автоматическом режиме до возникновения следующего конфликта.

Способ, в котором организуют пакетный пропуск грузовых поездов в «окно», для чего накапливают их в необходимом количестве на промежуточных станциях перед «окном».

Известно устройство - аппаратно-программный комплекс для имитационного моделирования движения поездопотока по двухпутному участку железной дороги, при котором задается график движения поездов, оперативные данные, включающие в себя характеристики входных потоков поездов, данные о каждом поезде и условиях их пропуска. В системе предусмотрены данные о блок-участках, об ограничениях скорости движения по состоянию пути и скоростей, предписываемых показаниями светофоров. После моделирования результаты сохраняются (патент RU №2207279, МПК: B61L 27/00, опубл. 7.06.2003 г., бюл. 18) - аналог.

Недостатком известного решения является то, что в нем предусмотрена организация движения поездов по сигналам светофоров блок-участков, однако, отсутствует возможность организации пропуска поездов при смешанном движении с организацией «обгонов» грузовых поездов пассажирскими с обеспечением определенных скоростей их движения. Система обеспечивает решение укрупненных задач по оценке эксплуатационных показателей движения поездов по результатам моделирования и не приспособлена для решения оперативных задач при диспетчерском управлении.

Известно устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов, содержащее блок получения информации о текущем поездном положении и условиях пропуска, блок получения данных нормативного графика, блок формирования энергосберегающего графика движения поездов, блок получения данных о планируемых «окнах», блок передачи прогнозного графика в систему управления движением поездов, блок получения исполненного графика движения поездов, блок сопоставления прогнозного и исполненного графиков движения поездов. В описании устройства к патенту представлены необходимые для достижения результата связи между блоками (патент RU №2487036, МПК: B61L 27/99, опубл. 10.07.2013 г., бюл. №19) - аналог.

Недостатком известного решения является невозможность его использования для прогнозирования движения поездов по участку железной дороги по показаниям сигналов светофоров, по ограничениям скорости движения. Понятие прогнозирования в известном решении имеет другую смысловую нагрузку по сравнению с заявляемым решением. В известном устройстве с учетом запланированных условий пропуска и структуры поездопотока строится прогнозный график движения, который и используется для пропуска поездов. В нем предусмотрены обгоны и объезды более «быстрыми» поездами более «медленных» и организация пропуска поездов в «окна». В заявляемом решении под прогнозом предполагается определение моментов возникновения конфликтных ситуаций при взаимодействии вслед идущих по участку поездов и выработка управляющих действий по их предупреждению.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение в части системы, является повышение качественных и количественных показателей эксплуатационной работы на диспетчерском участке, организация движения поездов на участке, на котором невозможно следование поездов по запланированному ГДП и обеспечение поездного диспетчера планом пропуска с соблюдением регламентов в реальном масштабе времени.

Указанный технический результат для устройства (системы) достигается тем, что система управления движением поездов на диспетчерском участке двухпутной железной дороги при смешанном движении по нему грузовых, ускоренных и пассажирских поездов, содержит штатные средства управления движением поездов на диспетчерском участке, и цифровую динамическую модель (ЦДМ), содержащую связанные между собой вычислительной сетью и связанные с системой управления движением поездов внешней сетью передачи данных пульт управления моделированием движением поездов с рабочего места поездного диспетчера, блок цифровизации объектов инфраструктуры и поездов диспетчерского участка, блок моделирования движения поездов содержащий модуль загрузки положения поездов на момент начала моделирования по исполненному графику, модуль моделирования условий пропуска поездопотока, модуль выработки временных сигналов для синхронизации процессов моделирования движения, модуль расчетов перемещений виртуальных поездов на каждом шаге моделирования, модуль контроля за возникновением «конфликтов» при пропуске поездопотока, модуль аналитики для выработки оптимизационных решений при возникновении конфликтных ситуаций, модуль формирования модельного диспетчерского расписания, блок обработки данных, полученных при моделировании движения поездов и блок визуализации, заполнения и хранения результатов моделирования.

Система, характеризующаяся тем, что объектами моделирования являются двухпутный участок железной дороги со смешанным движением пассажирских, грузовых и ускоренных поездов, светофоры станционные и проходные, пути станций, поезда на диспетчерском участке с учетом приоритетов по очередности пропуска по участку и длины поездов.

Система, характеризующаяся тем, что средствами управления движением поездов являются визуальные системы наблюдения за движением поездов и система диспетчерской централизации.

Заявляемая система конкретизирована на фиг. 1-3, где на фиг. 1 представлена структурная схема локальной системы управления движением поездов на диспетчерском участке с использованием ЦДМ, на фиг. 2 - структура системы цифрового динамического моделирования движения поездов на диспетчерском участке, на фиг. 3 - схема функционирования системы с ЦДМ и ее взаимодействие с поездным диспетчером.

Заявляемые способ и система основаны на следующем. Расчетным режимом, который определяется при разработке графика движения поездов (ГДП), является движение вслед идущих поездов разных категорий грузовых, пассажирских, ускоренных - так называемое «смешанное движение», по зеленым сигналам светофоров с расстоянием между поездами не менее трех блок-участков, с принятыми скоростями движения. При организации движения потока поездов по «графику» определяется местоположение каждого поезда на участке в каждый момент времени, а также приоритетный пропуск поездов более высоких категорий

Основными показателями работы поездного диспетчера являются: пропуск поездопотока запланированных в ГДП «размеров», с принятой скоростью движения, с сохранением очередности пропуска поездов по участку, организация «пакетного» пропуска поездов в «окна» и ряд других требований.

Отклонения условий пропуска поездопотока от расчетного происходят по причинам: отказов элементов инфраструктуры, повреждений подвижного состава - локомотивов и вагонов, нарушений технологии процессов - человеческий фактор. При этом движение может прерываться до устранения причин, вызвавших сбой движения. Введение временных ограничений скорости после составления ГДП также приводит к задержкам поездов.

В условиях отклонения движения поездов от запланированных в ГДП расписаний определяющими по условиям безопасности движения становятся желтые и красные показания сигналов светофоров и ограничения скоростей движения поездов. Сигналы светофоров при движении не по расписанию изменяются не только с зеленого на зеленый, а также с зеленого на желтый и на красный при необходимости остановки. Движение со скоростями меньшими, чем это предусмотрено в ГДП, приводит к задержкам пассажирских и ускоренных поездов; к затруднениям при организации «пакетного пропуска» поездов в «окна», к необходимости специальных мер при организации разъездов и обгонов поездов, длина которых превышает длины станционных путей.

Конфликтные ситуации, связанные с отмеченными обстоятельствами, наиболее вероятны при высоком уровне заполнения пропускной способности направления железной дороги, частью которой является диспетчерский участок.

Поездной диспетчер на основании опыта работы и анализа складывающихся конфликтных ситуаций при пропуске поездопотока управляет движением поездов путем переключения входных и выходных светофоров промежуточных станций участка, отставляя от движения более «медленные» поезда для пропуска более «быстрых». В случае вынужденных задержек поездов на более длительное время, например, при отказах технических средств, возможно запрещение приема поездов с соседних участков до устранения последствий задержки.

В результате такого управления исполненный график движения на участке имеет более низкие количественные и качественные показатели эксплуатационной работы по сравнению с запланированными.

Очевидно, что без четкого управления пропуском поездопотока в соответствии с ГДП поездной диспетчер в сложных условиях одновременного движения десятков разнородных поездов решает задачи пропуска пассажирских и ускоренных поездов с минимизацией задержек грузовых, в том числе поездов повышенной массы и длины. Важнейшим является обеспечение пакетного пропуска поездов в «окно». В таких условиях управляющие решения принимаются поездным диспетчером по факту возникновения «конфликтов», объективно запаздывают и не являются оптимальными.

Заявляемые способ и система (устройство) позволяют с необходимой глубиной прогнозирования практически мгновенно по сравнению с процессом реального движения поездов определять положение поездов на участке моделирования - цифровом двойнике реального участка железной дороги, с учетом действующих на период моделирования условий пропуска поездопотока.

Имитационное моделирование движения поездов по участку обеспечивается аппаратно-программным комплексом (АПК), связанным с источниками необходимой при моделировании информации. В составе АПК предусмотрена программная реализация имитации («цифрового двойника») инфраструктуры диспетчерского участка, включающая данные о расположении проходных, входных и выходных светофоров станций, определяющих координаты блок-участков и станций, данные о количестве, длинах и специализации станционных путей.

АПК обеспечивает возможность организации дискретного, пошагового движения виртуальных поездов по «цифровому двойнику» участка с необходимой степенью дискретизации и определения виртуальных траекторий движения - зависимостей пройденного пути от времени для каждого поезда, возможность визуализации этих зависимостей в процессе моделирования и запоминания их после окончания моделирования.

Поездной диспетчер в предлагаемой системе управления движением с использованием ЦДМ действует на участке, оборудованном системой «диспетчерской централизации», при которой он имеет возможность управлять показателями «входных и выходных» светофоров промежуточных станций и входными светофорами, ограничивающими диспетчерский участок (ДУч).

В определенный момент времени при существенном отклонении движения поездов от расчетного, определяемого ГДП, поездной диспетчер включает имитационное моделирование и на мониторе наблюдает движение виртуальных поездов, осуществляемое с помощью цифровой динамической модели. При возникновении конфликтной ситуации, при которой, например, пассажирский поезд «упирается» в грузовой, диспетчер останавливает моделирование, выполняет необходимые переключения сигналов светофора на модели для обеспечения обгона грузового поезда пассажирским, затем продолжает моделирование до возникновения следующего «конфликта». При этом обеспечивается эффект «прогноза». Реальные поезда по времени и пространству далеки от моментов принятия управляющих решений, которые отработаны поездным диспетчером с помощью ЦДМ. Комплекс таких виртуальных управляющих действий, полученных при моделировании за принятый период времени, обеспечит пропуск реального поездопотока с соблюдением необходимых регламентов, с высокими технико-экономическими показателями.

Цикл использования ЦДМ поездным диспетчером при необходимости может быть повторен. В соответствующий момент времени реальное поездное положение на диспетчерском участке определяется по данным системы, обеспечивающей построение графика исполненного движения, например, ГИД «Урал-ВНИИЖТ» в современных условиях, известны изменившиеся условия пропуска поездов определены и новое сложившееся поездное положение вводится в систему ЦДМ. Далее по команде диспетчера выполняется следующий цикл цифрового имитационного моделирования.

Сложность работы поездного диспетчера в ситуациях организации движения без графика расписаний для пропуска поездопотока связана с тем, что в графике предусмотрены меры: по обгонам более быстрыми поездами более медленных, по организации пропуска поездов в «окна» и по ряду других обстоятельств. А при невозможности использовать ГДП поездной диспетчер вынужден разрешать конфликтные ситуации, ориентируясь на развитие реальных ситуаций взаимодействия поездов в потоке на диспетчерском участке.

В заявляемых способе и системе решается задача, в случае следования поездов не по расписаниям, с помощью имитационного моделирования на цифровой динамической модели в оперативном режиме смоделировать конфликтные ситуации и обеспечить поездному диспетчеру возможность отработки управляющих команд, которые будут использованы при пропуске реального потока поездов.

ЦДМ: встраивается в систему управления диспетчерским участком; включается по команде диспетчера, в системе последовательно в процессе моделирования по командам диспетчера оперативно отрабатываются необходимые для устранения конфликтных ситуаций команды - переключения сигналов определенных светофоров и в результате моделирования определяется план бесконфликтного пропуска поездопотока.

На фиг. 1 приведена структурная схема локальной системы управления движением поездов на диспетчерском участке. Объектами управления 2 поездного диспетчера (ПД) 1 являются двухпутный участок железной дороги со смешанным движением пассажирских, грузовых и ускоренных поездов 3; устройства инфраструктуры 4 ДУч: светофоры станционные и проходные, пути станций; поезда 5 на ДУч - их характеристики - приоритеты по очередности их пропуска по участку, длины поездов. Средствами 6 управления движением поездов 7 которыми пользуется ПД 1, являются: визуальные системы наблюдения за движением поездов, система управления переключением сигналов светофоров -диспетчерская централизация (ДЦ) 8. Определенную роль при управлении движением поездов имеют задания 9 и условия пропуска поездопотока 10; поездному диспетчеру необходимо выполнить количественные и качественные показатели сменно-суточного плана работы 11 - размеры поездопотоков, приоритеты пропуска пассажирских и ускоренных поездов, организацию пакетного пропуска грузовых поездов в «окна», оперативное решение конфликтных ситуаций при пропуске поездопотока, соблюдать условия безопасного движения, определяемые ограничениями скоростей движения поездов. В помощь поездному диспетчеру разрабатывается основополагающий интегрально решающий на сутки и более основные вопросы организации движения поездов прогнозный график движения - ПГДП 12. Время действия ПГДП определяется возможностями предвидеть будущие условия пропуска поездов. Реализация движения поездов в соответствии с ПГДП обеспечивает выполнение сменно-суточного задания на работу и высокие эксплуатационные показатели, если не удается использовать ПГДП, диспетчер вынужден сам решать в реальном масштабе времени сложные задачи пропуска поездов с учетом предъявляемых требований по так называемым диспетчерским расписаниям - ГДП-Д 13, которые он формирует, исходя из реально складывающихся обстоятельств 14. Сравнение исполненного ГДП-Д с прогнозным графиком движения показывает существенное снижение количественных и качественных показателей эксплуатационной работы на ДУч.

Для повышения эффективности работы ПД 1 в предложенных изобретениях предусматривается использование аппаратно-программного комплекса - АПК с блоком цифрового динамического моделирования 15 в случаях затруднений с использованием прогнозного графика движения поездов - ПГДП. В АПК с блоком ЦДМ 15 создается виртуальный цифровой двойник диспетчерского участка железной дороги, в котором представлены на постоянной основе данные ДУч, объекты инфраструктуры 16, средства управления сигналами светофоров станций, средства визуализации движения виртуальных поездов, средства обработки и регистрации данных моделирования. Перед моделированием в систему ЦДМ вносятся задания и условия на пропуск поездопотока 17, данные о поездах, находящихся к моменту начала моделирования на диспетчерском участке на путях четного и нечетного направлений.

Организация работы системы ЦДМ основывается на технической реализации комплекса «блоков», обеспечивающих необходимое функционирование системы. На фиг. 2 приведена структурная схема системы ЦДМ движения поездов на диспетчерском участке. «Блоки» связаны: между собой, с локальной вычислительной сетью 18 и с внешней сетью передачи данных 19. Включение системы ЦДМ, остановки и «откат» назад по шагам моделирования при необходимости, переключения сигналов виртуальных светофоров на станциях осуществляется с пульта управления моделированием движения поездов 20 с рабочего места поездного диспетчера 1. С пульта управления через внешнюю сеть 19 передачи данных в блок цифровизации 21 загружаются данные об объектах инфраструктуры, о поездах на ДУч на момент начала моделирования 22, об условиях пропуска поездопотока 23; в системе предусмотрен блок выработки временных сигналов 24 при пошаговом моделировании для синхронизации процессов движения поездов, переключения сигналов светофоров, принятия управляющих команд.

В аналитическом блоке 25 выполняются расчеты перемещения виртуальных поездов на каждом шаге моделирования; в блоке контроля 26 за возникновением «конфликтов» выявляются ситуации, при которых затрудняется первоочередной пропуск более приоритетных поездов; в аналитическом блоке 25 вырабатываются оптимизационные решения, которые используются в блоке формирования модельного диспетчерского расписания 27; в системе ЦДМ предусмотрены блоки отработки результатов моделирования 28 с целью оценки количественных и качественных показателей полученного диспетчерского графика движения - ГДП-ДМ.

Функционирование системы ЦДМ (фиг. 3) начинается по команде с пульта поездного диспетчера с введения исходных данных для моделирования с обеспечением единства временных и пространственных координат с возможностью синхронного считывания данных 17. Постоянной составляющей информации является цифровая модель инфраструктуры ДУч; из потока поездов, проходящих через ДУч, выделяются те, которые к моменту начала моделирования - T_o находятся на ДУч 29. Их цифровые аналоги характеризуются: общим количеством - «К» на ДУч 30, приоритетностью их пропуска в поездопотоке, длиной поезда. Источником первичной информацией о поездах принимаем графики исполненного движения, содержащие необходимые данные.

Условия пропуска по ДУч определяются данными о скоростях движения, принятых в нормативных графиках движения поездов 31, для пассажирских - V_пасс, грузовых - V_груз, ускоренных - V_уск; ограничениями скорости движения - в этой зависимости представлены координаты начала и конца ограничения, время начала и конца действия этого ограничения; ограничения скорости при движении в «окно» существенно связаны с рассматриваемым четным и нечетным направлениями движения на ДУч. Перед началом моделирования с пульта ПД 1 определяются моменты: начала моделирования - Т₀, конца моделирования - Т_К, шага моделирования - ΔT и соответственно максимальное количество шагов моделирования 32.

После начала моделирования по данным из графика исполненного движения актуализируются координаты каждого i-го из «К» поездов, находящихся на ДУч в момент Т₀, и сопоставляются с координатами светофоров на ДУч и при этом однозначно определяются показания сигналов светофоров перед каждым поездом.

Для каждого i-го поезда в момент Т₀ определяются допустимые скорости движения 33 по показаниям сигналов светофоров - по установленным ограничениям скорости - и расчетные скорости: принятые при построении ГДП. При расчетах перемещений каждого i-го поезда с учетом требований безопасности движения из определенных скоростей выбираем минимальную

Перемещение i-го поезда на 1-ом шагу

Координата i-го поезда после 1-го шага

Аналогично определяются перемещения и координаты каждого поезда на последующих «п» шагах моделирования 34

На каждом шагу моделирования программно определяются «конфликтные» ситуации 35 - наличие «желтого» или «красного» сигналов светофора перед более быстрым по приоритетам пропуска поездом при наличии перед ним более «медленного». При установлении «конфликта» моделирование останавливается, и поездной диспетчер делает или намечает необходимые для «обгона» переключения виртуальных входных и выходных сигналов светофоров ближайших к «конфликту» станций «цифрового двойника». Затем ПД запускает моделирование вновь до возникновения следующего «конфликта» и после его «разрешения» моделирование продолжается.

Поездной диспетчер прерывает режим автоматического моделирования движения поездов для переключения сигналов светофоров на ближайших к «окну» промежуточных станциях для приоритетного пропуска более «быстрых» поездов и для организации «пакетов» грузовых поездов для их последующего «пропуска» в «окно».

На каждом шагу моделирования проверяется возможность перехода одного из i-ых поездов по порядку их следования на соседний диспетчерский участок 36. Момент перехода последнего из «К» поездов на соседний участок определяет максимальную продолжительности моделирования.

Сочетание режимов автоматического и «ручного» переключения диспетчером сигналов виртуальных светофоров при работе ЦДМ позволяет: составить прогнозный план пропуска поездопотока 37 по ДУч в условиях, отличных от расчетных, оперативно в кратчайшее время визуализировать этот план в виде традиционного графика движения с индексами Д - диспетчерский и М - модельный ГДП-ДМ и реализовать его при организации пропуска реальных поездов 38.

Таким образом, предлагаемый способ и система диспетчерского управления пропуском поездопотока на двухпутном участке железных дорог, обеспечивают:

- соблюдение приоритетов пропуска пассажирских, ускоренных и грузовых поездов в порядке и со скоростями, определенными графиками движения поездов - ГДП;

- выполнение технологий пропуска поездов в предусмотренные для ремонта и модернизации инфраструктуры, перерывы в движении -«окна»;

- обеспечение определенных ГДП размеров движения поездопотоков;

- устранение сбоев и восстановление движения поездов с минимальными потерями времени.

Предусматривается, что поездной диспетчер при управлении движением поездов основывается на актуализированном ГДП 39, в котором технически и организационно предусмотрены возможности выполнения этих требований.

Техническая реализация предусмотренных ГДП переключений входных и выходных светофоров станций для «обгонов» и объездов одних поездов другими по командам поездного диспетчера обеспечивается системой диспетчерской централизации, а наблюдение за движением поездов на участке - с помощью мониторов и других технических средств в реальном масштабе времени.

Результаты выполнения ГДП 40 регистрируются в виде исполненного графика движения - ИГДП для рассмотрения и последующего анализа и оценки достигнутых показателей.

В случае существенных отклонений траекторий движения поездов от расчетных, предусмотренных актуализированным ГДП, поездной диспетчер пропускает поезда по «диспетчерским» расписаниям, которые определяются им с учетом возникающих спонтанно в реальных условиях «конфликтов» при необходимости обгонов поездами более высоких приоритетов поездов с более низкими приоритетами; при организации пакетного пропуска поездов в «окна». Решения о переключении светофоров принимаются диспетчером по объективным причинам с «замедлением» по мере развития конфликтных ситуаций при взаимодействии реальных поездов в потоке без заранее разработанного плана предупреждения возможных конфликтов. С учетом этого исполненные графики движения существенно отличаются от актуализированных и имеют пониженные качественные и количественные показатели эксплуатационной работы.

Поездной диспетчер имеет возможность для выработки управляющих действий в необходимый момент времени - Т₀ включить цифровую динамическую систему - ЦДМ для моделирования движения поездов, находящихся в этот момент времени на диспетчерском участке, на определенный период времени до момента окончания моделирования - Т_к с дискретным шагом моделирования - ΔT.

В ЦДМ предусматривается визуализация результатов моделирования 41. Это позволяет поездному диспетчеру отслеживать и локализировать виртуальные «конфликты» при движении пассажирских, ускоренных и грузовых поездов. Признаком конфликта является появление «желтого» сигнала светофора перед «быстрым», идущим вслед за более «медленным» поездом.

При появлении «конфликта» поездной диспетчер останавливает моделирование, осуществляет переключения светофоров на ближайшей промежуточной станции для приема и остановки под «обгон» впереди идущего «медленного» поезда. «Медленными» являются ускоренные и грузовые по отношению к пассажирским и грузовые по отношению к ускоренным. После «обгона» диспетчер открывает выходной сигнал для остановленного поезда и включает моделирование в автоматическом режиме до возникновения следующего «конфликта».

Таким образом поездной диспетчер на цифровой динамической модели оперативно получает прогноз возникновения «конфликтов» на его участке и подтверждение при окончании моделирования обоснованности принимаемых решений по их разрешению. Аналогично, останавливая и продолжая моделирование, перед пропуском виртуальных поездов в «окно» диспетчер может организовать пакетный пропуск грузовых поездов в «окно», накапливая их в необходимом количестве на промежуточных станциях перед «окном».

В результате моделирования в течение нескольких минут отрабатывается план пропуска реальных поездов на период их движения в течении нескольких часов по диспетчерскому участку с локализацией мест возможных «конфликтов» и управляющих действий по их разрешению, по организации пакетного пропуска грузовых поездов в «окно». Реализация необходимых для решения поставленных задач функций обеспечивается: пультом управления на рабочем месте поездного диспетчера, блоком цифровизации объектов инфраструктуры и поездов, модулем загрузки поездов на момент начала моделирования, блоком моделирования условий пропуска поездопотока, блоком синхронизации процессов моделирования условий пропуска поездопотока, блоком синхронизации процессов моделирования, модулем контроля за возникновением конфликтных ситуаций, блоком аналитических расчетов перемещений поездов и выработки решений при возникновении конфликтных ситуаций, блоком формирования «модельного» расписания; блоком отработки данных, полученных при моделировании; блоком визуализации, запоминания и хранения результатов моделирования, связанных между собой локальной вычислительной сетью и с системой управления движением поездов внешней сетью передачи данных. На каждом шаге моделирования процессов движения поездов выполняются функции: определения показаний светофоров, скоростей движения, перемещений и координат каждого поезда; выполняются проверки возникновения «конфликтных» ситуаций, которые характеризуются тем, что более приоритетный по пропуску поезд догоняет другой менее приоритетный и перед ним загорается «желтый» сигнал светофора. При возникновении «конфликта» в процессе моделирования подключается поездной диспетчер, моделирование останавливается и в зависимости от расположения ближайшей промежуточной станции по команде диспетчера осуществляется «откат» модели на несколько шагов назад для размещения более «медленного» поезда на предшествующей виртуальной промежуточной станции или возобновляет моделирование до достижения «медленным» поездом впереди лежащей станции, отдавая команды на переключение виртуальных светофоров модели; при последовательном выявлении «конфликтных» ситуаций за намеченное время моделирования и выработки управляющих действий по их устранению у поездного диспетчера появляется план бесконфликтного пропуска расположенных на ДУч поездов и возможность использовать его при управлении пропуском реальных поездов.

Техническое решение относится к средствам моделирования и управления движением поездов на диспетчерском участке. Система содержит средства управления движением поездов на диспетчерском участке, цифровую динамическую модель, содержащую связанные между собой вычислительной сетью и связанные с системой управления движением поездов внешней сетью передачи данных пульт управления моделированием движения поездов с рабочего места поездного диспетчера, блок цифровизации объектов инфраструктуры и поездов диспетчерского участка, блок моделирования движения поездов, содержащий модуль загрузки положения поездов на момент начала моделирования по исполненному графику, модуль моделирования условий пропуска поездопотока, модуль выработки временных сигналов для синхронизации процессов моделирования движения, модуль расчетов перемещений виртуальных поездов на каждом шаге моделирования, модуль контроля за возникновением «конфликтов» при пропуске поездопотока, модуль аналитики для выработки оптимизационных решений при возникновении конфликтных ситуаций, модуль формирования модельного диспетчерского расписания, блок обработки данных, полученных при моделировании движения поездов, и блок визуализации, заполнения и хранения результатов моделирования. Достигается возможность повышения качественных и количественных показателей эксплуатационной работы на диспетчерском участке. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления движением поездов на диспетчерском участке двухпутной железной дороги при смешанном движении по нему грузовых, ускоренных и пассажирских поездов с использованием имитационного моделирования, заключающийся в том, что в случае отклонения движения поездов от планового графика осуществляют имитационное моделирование движения всех находящихся на данном диспетчерском участке поездов с использованием цифровой динамической модели, для чего изначально с пульта диспетчера вводят исходные данные для моделирования, в единых синхронизированных пространственно-временных координатах, после чего задают время начала моделирования - Т₀ и конца моделирования - Т_К, затем на каждом шаге имитационного моделирования процессов движения поездов ΔT определяют показания светофоров, скорости движения, перемещения и координаты каждого поезда, и на модели определяют возможность возникновения конфликтных ситуаций, при установлении которых имитационное моделирование останавливают и ликвидируют конфликты на модели, после чего возобновляют моделирование для выявления следующего возможного конфликта, до конца моделирования - Т_К, а потом выполняют те же действия по устранению конфликтов для реального движения до их возникновения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на каждом шаге моделирования проверяют возможность перехода поездов по порядку их следования на соседний диспетчерский участок и по моменту перехода последнего из поездов на соседний участок определяют максимальную продолжительности моделирования.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в начале моделирования по данным об исполненном движении поездов актуализируют координаты каждого поезда, находящегося на данном диспетчерском участке в момент Т₀, сопоставляют с координатами светофоров на данном участке и определяют показания сигналов светофоров перед каждым поездом в соответствии с логикой светофорного регулирования.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при появлении в процессе имитационного моделирования конфликта, проявляющегося в движении хотя бы одного из поездов на желтый сигнал светофора, заблаговременно осуществляют переключения светофоров на ближайшей к конфликту промежуточной станции для приема и остановки под обгон впереди идущего тормозящего движение поезда, а после обгона открывают выходной сигнал для остановленного поезда и включают моделирование в автоматическом режиме до возникновения следующего конфликта.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что организуют пакетный пропуск грузовых поездов в «окно», для чего накапливают их в необходимом количестве на промежуточных станциях перед «окном».

6. Система управления движением поездов на диспетчерском участке двухпутной железной дороги при смешанном движении по нему грузовых, ускоренных и пассажирских поездов, содержащая штатные средства управления движением поездов на диспетчерском участке и цифровую динамическую модель, содержащую связанные между собой вычислительной сетью и связанные с системой управления движением поездов внешней сетью передачи данных пульт управления моделированием движения поездов с рабочего места поездного диспетчера, блок цифровизации объектов инфраструктуры и поездов диспетчерского участка, блок моделирования движения поездов, содержащий модуль загрузки положения поездов на момент начала моделирования по исполненному графику, модуль моделирования условий пропуска поездопотока, модуль выработки временных сигналов для синхронизации процессов моделирования движения, модуль расчетов перемещений виртуальных поездов на каждом шаге моделирования, модуль контроля за возникновением «конфликтов» при пропуске поездопотока, модуль аналитики для выработки оптимизационных решений при возникновении конфликтных ситуаций, модуль формирования модельного диспетчерского расписания, блок обработки данных, полученных при моделировании движения поездов и блок визуализации, заполнения и хранения результатов моделирования.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что объектами моделирования являются двухпутный участок железной дороги со смешанным движением пассажирских, грузовых и ускоренных поездов, светофоры станционные и проходные, пути станций, поезда на диспетчерском участке с учетом приоритетов по очередности пропуска по участку и длины поездов.

8. Система по п. 6, отличающаяся тем, что средствами управления движением поездов являются визуальные системы наблюдения за движением поездов и система диспетчерской централизации.