Диспетчерське управління на залізничному транспорті
1. Організація перевезень
В основі організації перевізного процесу на залізничному транспорті Росії лежать наступні принципи:
організація руху поїздів за графіком, управлінському роботу всіх підрозділів залізниць з раціональним використанням пропускної спроможності ліній, пристроїв і споруд;
організація роботи станцій на основі типових технологічних процесів прийому, відправлення, пропуску поїздів, формування й розформування составів, навантаження і розвантаження вантажів, посадки і висадки пасажирів;
оперативне планування експлуатаційної роботи для виконання графіка руху і технічних норм на поточну добу і зміну;
організація вагонопотоків і маршрутизація перевезень;
технічне нормування навантаження і вивантаження, розмірів руху на ділянках, передача завантажених та порожніх вагонів по стикових пунктах, потрібних парків рухомого складу та ін;
диспетчерське керівництво виконанням завдань з перевезень;
забезпечення безпеки руху поїздів при проведенні будь-яких видів робіт.
Якість експлуатаційної роботи доріг оцінюється наступними показниками: використанням рухомого складу, собівартістю перевезень і продуктивністю праці.
Використання рухомого складу характеризують такі показники: швидкості руху поїздів (технічна, дільнична, маршрутна); час перебування потягів і вагонів на станціях; використання вантажопідйомності вагонів; продуктивність, середньодобовий пробіг локомотивів.
Показники роботи станцій: час обробки транзитного поїзда, час обробки транзитного вагона з переробкою; час обробки місцевого вагона (навантаження, вивантаження).
Оперативне управління перевізним процесом на залізно-дорожньому транспорті забезпечується багаторівневою системою диспетчерського керівництва.
2. Диспетчерське управління рухом поїздів
Сучасні тенденції використання обчислювальних засобів у системах залізничної автоматики (ЖАТ) визначають напрями вдосконалення не тільки апаратної платформи, а й структури оперативного управління. Це знайшло відображення в технології подальшої централізації оперативного управління рухом поїздів не на окремих ділянках, а на напрямках. Можливість інтеграції керівництва процесом перевезення в центрах управління потребує вирішення технологічних питань по розподілу зон і функцій управління та розробки нормативних та експлуатаційних основ, пов'язаних з впровадженням та обслуговуванням систем централізації управління.
Для вдосконалення та оптимізації системи управління рухом поїздів в 1988 р. залізниці приступили до проектування і будівництва єдиних дорожніх і регіональних автоматизованих диспетчерських центрів управління перевезеннями (АДЦУ). Процес створення АДЦУ прийняв затяжний характер через відсутність прийнятих в повному обсязі в постійну експлуатацію сучасних систем ДЦ і обмеженості коштів на інфраструктуру каналів зв'язку.
У той же час у зв'язку з різким зниженням обсягів перевезень на мережі доріг РФ перед галуззю було поставлено завдання скорочення експлуатаційних витрат впровадженням ресурсозберігаючих технологій і вдосконаленням структури управління залізницями.
Для вирішення поставлених завдань почалося укрупнення залізниць та відділень з тенденцією переходу на безотделенческую структуру управління. Необхідність реорганізації підвищила актуальність створення єдиних дорожніх і регіональних АДЦУ та впровадження сучасних комп'ютерних систем управління рухом поїздів.
Для подальшого скорочення експлуатаційних витрат та вдосконалення структури управління перевізним процесом почалася перебудова структури управління рухом поїздів в масштабах всієї країни. Передбачається акціонування залізниць.
Відповідно до нової концепції управління перевізним процесом система керування призначається для реалізації в рамках наступних територіальних об'єднань: мережа залізниць, регіон мережі залізниць, лінійний район.
У зв'язку з цим управління перевізним процесом має здійснюватися на основі трирівневої вертикалі центрів управління: мережевий центр управління перевезеннями (ЦУП), регіональний центр диспетчерського управління (РЦДУ), опорний центр управління лінійним районом (ОЦ).
Центр управління перевезеннями є складовою частиною структури Міністерства шляхів сполучення, а в перспективі - компанії "Російські залізниці". Його призначення - організація і оперативне керівництво перевізним процесом на мережі залізниць РФ з метою максимального задоволення платоспроможного попиту на пасажирські і вантажні перевезення із забезпеченням високої якості послуг, транспортних послуг при досягненні необхідної для розвитку галузі рентабельності. ЦУП повинен очолювати і координувати роботу РЦДУ, також усіх галузевих підприємств, причетних до перевізного процесу.
Регіональні центри створюються у відповідності з територіальним поділом Росії на сім регіонів. РЦДУ повинні стати підрозділами майбутньої акціонерної компанії "Російські залізниці", підлеглими мережному ЦУПу. До організації РЦДУ його функції виконують дорожні єдині центри диспетчерського управління, існуючі майже на всіх залізницях РФ.
Регіональний центр диспетчерського управління повинен бути іінформатівно і технологічно пов'язаний з ЦУПом, сусідніми регіональними центрами і опорними центрами своїх лінійних районів, з усіма галузевими підприємствами, що забезпечують роботу інфраструктури залізничного транспорту в регіоні управління, великими відправниками та одержувачами вантажів.
На РЦДУ покладається реалізація технологій управління перевізним процесом у межах регіону, що є природним продовженням єдиних баз даних та мережевих технологій ЦУПа з їх деталізацією (аж до управління рухом кожного поїзда) і доповненням управління місцевими для регіону перевезеннями.
Опорний центр є віддаленим підрозділом РЦДУ, розташованим, як правило, на опорній станції лінійного району. Робота ОЦ істотно залежить від особливостей опорної станції та лінійного району в цілому. Передбачаються такі типи ОЦ:
примикають до районів масового навантаження вантажів на під'їзних шляхах;
з великою вантажний станцією в якості опорної;
для прикордонних переходів;
з припортової станцією в якості опорної;
з сортувальної або технічної станцією в якості опорної.
Основні завдання ОЦ:
- Взаємодія з відправниками та одержувачами вантажів на території лінійного району, в тому числі на основі єдиних технологічних процесів;
- Управління місцевої роботою лінійного району з забезпеченням встановлених нормативів часу обороту місцевих вагонів;
- Переробка транзитного вагонопотоку з його забезпеченням локомотивами і локомотивними бригадами, технічний та комерційний огляд поїздів;
- Організація передачі вантажів між державами та іншими видами транспорту, взаємодія з портами, митними органами та ін;
- Взаємодія з вагонними депо та його підрозділами з несправним вагонів, організація підготовки вагонів і складів під навантаження.
Оперативно-диспетчерський персонал опорного центру забезпечує керівництво роботою всіх підрозділів самої опорної станції і прикріплених станцій лінійного району. До нього відносяться чергові по станціях і паркам, агенти центрів фірмового технологічного обслуговування, станційних технологічних центрів, чергові по гірці і т.п. Опорний центр включає в себе підрозділи інших служб, що безпосередньо беруть участь в перевізному процесі: пункти технічного і комерційного обслуговування, вагонні дільниці, дистанції сигналізації і зв'язку та ін
Управління процесом перевезень будується за принципом наскрізних інформаційно-керуючих технологій, спрямованих від ЦУП через РЦДУ і ОЦ до робочих місць працівників лінійних районів або пристроїв залізничної автоматики, виконують ті чи інші операції перевізного процесу.
Наскрізні інформаційно-керуючі технології повинні забезпечити єдність управління перевізним процесом згори вниз, з дотриманням умов замовлення на перевезення та мінімізацією експлуатаційних витрат на їх виконання.
3. Структура диспетчерських систем
Для правильного розуміння властивостей багаторівневих систем диспетчерського управління на залізничному транспорті необхідно попередньо розглянути деякі загальносистемні закономірності.
Будь-яка цілеспрямована діяльність можлива тільки в рамках певної системи тієї чи іншою мірою складності. У нашому випадку мова йде про технологічні системах, що складаються з людей і технічних засобів. Останні - це зазвичай технічні або кібернетичні системи, що взаємодіють з людиною.
Технічні системи (рис. 1.1, а) створюються для виконання певної цільової функції. Вони здатні працювати при зміні зовнішніх умов в певних межах. Процес формування доцільного (ефективного в сенсі виконання функції) поведінки системи називається управлінням. Поведінка технічної системи визначається програмами, закладеними в неї при створенні.
На одну і ту ж ситуацію на вході система завжди виробляє одну і ту ж програму управління, тобто поведінка системи однозначно. Суть управління в технічній системі зводиться до віднесення вхідний ситуації за певним критерієм до однієї з відомих, при якій реалізується певна програма впливу на об'єкт управління. Зазвичай в технічних системах критерій один і число програм невелика.
Більш складною поведінкою мають кібернетичні системи (рис. 1.1, б), в які технічні системи входять як підсистеми (елементи). На відміну від технічної системи для оцінки вхідний ситуації використовуються багато критерії і відповідно для певного набору вхідних даних можуть бути вибрані різні програми управління. Кібернетична система має можливість перекомбінації програм управління під впливом зовнішнього або внутрішнього управління. В одній і тій же ситуації однотипні кібернетичні системи можуть вести себе, з одного боку, по-різному, а з іншого - однаково в різних ситуаціях, тобто для кібернетичних систем є характерним формування поведінки виходячи з оцінки зовнішньої ситуації за певним критерієм у відповідності з внутрішньою метою.
Рис. 1. Структурні схеми технічної та кібернетичної систем
На відміну від технічних систем, де дотримується жорстке відповідність між ситуацією на вході і реакцією системи на виході, в кібернетичних системах приймається те чи інше управляє рішення (програма управління) і при нестандартній ситуації на її вході.
Такий ж формою поведінки володіють і всі системи більш високих класів, тобто біологічні та суспільні (похідні від індивідуума). Це подібність у поведінці пояснюється наявністю таких загальних властивостей у кібернетичних, біологічних і суспільних систем, як можливість сприйняття і розпізнавання зовнішніх впливів і формування образу (моделі) середовища; наявність вихідної інформації про середовище, що зберігається у вигляді образів середовища; наявність вихідної інформації про себе, своїх властивості та можливості, які зберігаються у вигляді образів системи.
Зрозуміло, глибина відображення істотно різна у систем різних класів і навіть у різних систем одного класу. Важливо підкреслити, що у всіх випадках поведінка системи - це результат розпізнавання, зіставлення та перетворення інформаційних образів тієї чи іншої складності.
Таким чином, управління вимагає критерію, інформації про ситуацію і вихідної інформації про систему та середовищі.
Якість управління перш за все залежить від обсягу вихідної інформації та повноти подачі ситуації на входах системи, від яких залежать точність впізнання ситуації і, отже, правильний вибір програми управління. Це пояснюється тим, що зазвичай кожної ситуації однозначно протиставлена певна програма управління.
Помилки в упізнанні ситуації на входах системи неминуче ведуть до втрати ефективності в управлінні незалежно від причини помилки, тобто байдуже, чи була непередбачено ситуація або неправильно визначена передбачена.
Крім внутрішнього управління (самоврядування), система може піддаватися зовнішньому управлінню, якщо вона входить як елемент (підсистема) у більш складну цілеспрямовану систему як керованої чи співпрацює. Взаємовідносини з іншими системами можуть бути організовані за різними структурами: цепочечной (рис. 1.2, а), централізованої радіальної (рис. 1.2, б), кільцевої (рис. 1.2, в), многосвязевой (рис. 1.2, г).
Рис. 2. Структурні схеми взаємозв'язку систем
Під структурою системи прийнято розуміти безліч можливих відносин між підсистемами та елементами всередині системи. Структури реалізуються за допомогою зв'язків, що здійснюють взаємодію між підсистемами (елементами). За характером взаємодії розрізняють прямі і зворотні зв'язки. Цим виражається спрямованість передачі керуючої та контрольної інформації між підсистемами. Часто структура виражає тільки співвідношення між підсистемами з управління (підпорядкованість).
У диспетчерському управлінні залізничним транспортом набули поширення ієрархічні централізовані структури (рис. 1.2, д). У цьому випадку кожен вищий рівень управління має радіальні зв'язку з однотипними керованими системами. Число систем на кожному рівні залежить від складності цільових функцій і керованих систем.
Головною причиною появи будь-якої ієрархії є невідповідність між складністю об'єкта управління і здатністю керуючого органу охопити і переробити інформацію про об'єкт з необхідною точністю в заданий час. Дійсно, будь-який складний виробничий процес вимагає своєчасного формування узгоджених з іншими процесами правильних рішень, що ведуть до мети.
Всім ієрархічним системам управління притаманні такі основні особливості:
послідовна вертикальна підпорядкованість;
правом втручання в дію будь-якої системи має тільки система вищого рівня;
дії будь-якої системи фактично залежать від виконання своїх функцій керованими підсистемами;
більш високі рівні управління мають справу з більш великими підсистемами і ширшими аспектами поведінки всієї системи в цілому, тобто чим вище рівень, тим більше спільність відображення об'єкта управління;
більш високий рівень управління має більший період вироблення керуючого рішення через необхідність збору та обробки більшої кількості різнорідної інформації;
чим вище рівень управління, тим більше невизначеностей у виробленні математично точною програми управління об'єктом.
Основним видом управління в ієрархічних системах є програмне (командне) управління. Для ефективного функціонування систем при такому управлінні необхідна добре налагоджена технологія інформаційного обміну між рівнями, що дозволяє досить оперативно і повно відображати керований об'єкт. Проте практично в складній ієрархічній системі це зробити важко і тому всі недоліки в інформаційному обміні обертаються втратою ефективності управління.
При недостатньо повному відображенні об'єктів управління вищестоящими рівнями більш ефективною є передача керованої підсистемі не програми, а критерію для вироблення програми управління у підсистемі на основі оцінки ситуації. Такий спосіб називається рефлексивним управлінням.
У нестандартних ситуаціях або при неповному відображенні стану середовища і системи для вибору правильної форми поведінки може використовуватися метод адаптивного управління. Він припускає втягування систем в однотипне поведінку на основі наслідування найбільш ефективним зразкам.
Взагалі будь-які форми поведінки складних систем (кібернетичних, біологічних, суспільних) можуть бути представлені тій чи іншій комбінацією програмного, адаптивного і рефлексивного управлінь, частка яких коливається в залежності від ситуації на входах і глибини вихідної інформації в системі.
У кібернетичних системах та внутрішнє і зовнішнє управління є програмними, так як інші види управління ще не мають технічної реалізації (в автоматичних системах).
Однак адаптивне і рефлексивне управління використовуються в складних технологічних системах з людьми і автоматизованими підсистемами і, зокрема, в диспетчерському управлінні залізничним транспортом.
Наприклад, якщо самий нижній рівень управління забезпечує вибір програми управління на основі оцінки вхідної інформації від об'єктів і командних приписів від вищого рівня, то вже другий рівень, що має в управлінні кілька однотипних систем, може використовувати адаптивну або рефлексивну форму управління.
На залізничному транспорті нижнім (першим) рівнем ієрархії диспетчерського управління є система управління рухом на ділянці поїзним диспетчером.
На великих станціях диспетчерське керівництво здійснює змінний маневровий диспетчер.
В управлінні у поїзних і маневрових диспетчерів знаходиться ряд однотипних технологічних підрозділів, безпосередньо керуючих об'єктами залізничного транспорту. Технічне оснащення диспетчерського управління найбільш розвинене поки тільки для виконання основних завдань поїзних і станційних (маневрових) диспетчерів.
Поїзний диспетчер керує рухом поїздів на ділянці (диспетчерський коло) залізниці, що містить ряд станцій. Протяжність ділянки залежить від розмірів руху та обсягу вантажної роботи.
Основними прийомами диспетчерського регулювання руху поїздів є: скорочення часу стоянок поїздів; прискорення ходу поїзда по перегонам щодо швидкості, передбаченої розкладом; зміна пунктів і порядку схрещення, обгону і технічних стоянок поїздів; використання неправильного шляху на двоколійних лініях (паралельний рух в одну сторону по двом шляхах); відправлення поїздів слідом; пропуск здвоєних поїздів; першочерговим пропуск спізнюються поїздів або застосування швидкісного підштовхування; регулювання підходу поїздів до станцій. Будь-які регулювальні завдання диспетчера завчасно передаються черговим по станціях та іншим відповідальним особам для виконання.
Обсяг роботи поїзних диспетчерів великий, особливо щодо збору та обробки інформації про стан ділянки (майже 70% робочого часу), тому велике значення для поліпшення організації руху мають технічні засоби, які полегшують діяльність диспетчерів. Найбільш ефективні пристрої диспетчерської централізації, тобто сукупність пристроїв електричної централізації (ЕЦ) на станціях, автоблокування (АБ) на перегонах між станціями і системи телемеханіки, яка об'єднує територіально розосереджені об'єкти ЕЦ і АБ в єдину систему управління. Якщо для диспетчера організується тільки збір інформації про стан об'єктів на перегонах і станціях, то таку систему прийнято називати системою диспетчерського контролю (ДК). Якщо диспетчер має можливість не тільки контролювати, але й управляти об'єктами ЕЦ і АБ, мова йде про систему диспетчерської централізації (ДЦ).
Для службових переговорів зі станціями, що входять до відділку, поїзному диспетчеру надаються спеціальні засоби телефонного зв'язку, що охоплюють телефони чергових по станціях, операторів, чергових локомотивних депо, підмінним пунктам, тяговим підстанцій, телефони локомотивних диспетчерів і енергодиспетчера. Крім того, поїзний диспетчер має кошти поїзного радіозв'язку, призначеної для службових переговорів з машиністами поїзних локомотивів.
Маневровий диспетчер на станціях має радіозв'язок з машиністами маневрових локомотивів і телефонний зв'язок з необхідними технологічними підрозділами станції.
Оперативним керівництвом рухом поїздів у межах відділення дороги займається відділ руху, що має змінних старшого диспетчера, чергових по відділенню і поїзних диспетчерів. Природно прагнення розмістити поїзних диспетчерів в одному місці. У цьому випадку кожен диспетчерський ділянку відображається самостійними засобами ДЦ, але в сукупності виникає відображення ситуації по всьому відділенню дороги.
Для підвищення ефективності диспетчерського управління постійно прагнуть до збільшення зони дії диспетчера. З цією метою системи ДЦ удосконалювалися в напрямках збільшення інформаційної ємності та швидкості передачі повідомлень.
Проте зворотною стороною розширення зони управління стає перевантаження диспетчера нетворчої роботою, яка знижує його можливості по оптимізації управління. Звідси інша стала тенденція у розвитку систем ДЦ - автоматизація повторюваних операцій управління аж до створення Автодиспетчер.
Перші установки, автоматично встановлюють маршрути в системах ДЦ, з'явилися в 60-х рр.. Були випробувані програмно-що задають пристрої, розраховані на автоматичну установку маршрутів за графіком руху, обладнаний дослідну ділянку системою "Автодиспетчер дільничний", в якій на керуючу ЕОМ покладалися також завдання по вибору оптимального графіка руху на основі оцінки фактичного стану на ділянці.
Пізніше були проведені випробування системи "Автодиспетчер станційний", призначеної для оптимального управління роботою великій станції. Відразу відзначимо, що в цілому ці системи себе не виправдали, на вітчизняних залізницях набули поширення лише порівняно прості системи автоматичної установки маршрутів на проміжних станціях.
Основною причиною низької ефективності управління в системі "Автодиспетчер" є недостатнє інформаційне відображення об'єкта управління, тобто керуюча ЕОМ поставлена в такі умови, коли програма керування вибирається за досить неточного опису стану диспетчерського ділянки. Пояснюється це перш за все тим, що основним джерелом інформації для регулювання руху в системі "Автодиспетчер" є пристрої електричної централізації та автоблокування. Однак у силу свого призначення - контролювати умови безпеки - ці системи оперують даними тільки про стан стрілок, світлофорів та рейкових кіл, тобто стаціонарних колійних об'єктів. Для прийняття правильного керуючого рішення з організації руху диспетчером або ЕОМ даних у системі "Автодиспетчер" явно недостатньо.
Дійсно, щоб прийняти рішення про встановлення того чи іншого маршруту, попередньо необхідно оцінити ситуацію на станції за багатьма складовими технологічного процесу. Оскільки кінцевою метою перевізного процесу є цілеспрямоване переміщення рухомих одиниць (поїздів, вагонів, локомотивів), для організації будь-якого переміщення вихідним є точне знання місця, призначення та стану кожної одиниці, технологічного стану систем і підрозділів, тобто повне інформаційне опис об'єктів управління (моделювання).
Рис.1.3. Схема інформаційних моделей системи управління станцією.
Таким чином, при диспетчерському управлінні рухом на станції або дільниці в системі повинні бути наступні інформаційні моделі (рис. 1.3): поїзна, вагонна, локомотивна, технологічного стану станції та стану колійних об'єктів (стрілок, світлофорів тощо). На основі оцінки ситуації по цих моделях може бути вибрано управляє рішення, звичайно ж, більш ефективне, ніж при використанні інформації тільки про стан колійних об'єктів.
Таким чином, для автоматизації управління рухом необхідні технічні засоби, що відображають стан станції або ділянки по всіх технологічних складових. Виходячи з цього, можна вирішувати питання і про те, яка система диспетчерського управління краще - автоматична або автоматизована?
Принциповою відмінністю між ними слід вважати спосіб прийняття керуючого рішення в системі. В автоматичній системі рішення вибирає технічний пристрій (ЕОМ і т.п.), а в автоматизованій ці функції виконує людина. Зрозуміло, в автоматизованій системі та деякі інші функції можуть виконуватися людиною, тобто розподіл обов'язків між людиною і технічними засобами може бути різним, але головне - як приймаються рішення?
Неважко помітити, якщо на вході вирішального пристрою стан об'єкта управління представлено точно і ця ситуація стандартна (передбачена), то в подібних умовах рішення технічним пристроєм будуть прийматися оперативніше. У тих же випадках, коли формалізоване інформаційний опис стану об'єкта управління в системі не є повним і для зняття невизначеності в ситуації потрібне залучення додаткових даних з інших джерел, то керуючі рішення, прийняті людиною, виявляються краще.
У системах диспетчерського управління найбільш перспективно комбіноване управління, тобто поєднання керуючої ЕОМ з диспетчером-оператором. У цьому випадку ЕОМ повинна оперативно виконувати найбільш трудомістку роботу з оцінки вхідної інформації і видавати оператору рекомендації (поради) з управління, які можуть бути прийняті або відкинуті ним з урахуванням відомої йому додаткової неформалізованій інформації.
У стандартних ситуаціях з режиму ради ЕОМ легко може бути переведена в режим автоматичного керування. Проте краще все ж зберігати за оператором функції остаточного вибору керуючого рішення, так як для зворотного переходу від автоматичного управління знадобиться чимало часу на сприйняття оператором ситуації, що склалася в системі.
Таким чином, введення засобів автоматизації диспетчерського управління об'єктивно веде до розширення зони управління з одного пункту.
При ДЦ є можливість управління об'єктами ЕЦ: диспетчером з центрального пульта; з місцевого пульта ЕЦ (резервне); з маневрових колонок (місцевий). Робота з резервного пульта або місцеве управління можливі лише з дозволу диспетчера.
Зазвичай на диспетчерському ділянці великі станції постійно зберігаються черговими по станції на автономному управлінні. Деякі станції диспетчерського ділянки можуть передаватися на місцеве управління на тривалий час (сезон). Таке управління часто називають сезонним.
На станціях, що передаються до окремих випадках з диспетчерського управління на місцеве, управління здійснюється начальником станції або укладачами з дозволу диспетчера.
Будь-яка використовується на ділянці залізниці система ДЦ повинна задовольняти основним вимогам Правил технічної експлуатації залізниць України (ПТЕ), тобто забезпечувати:
управління з одного пункту стрілками і сигналами ряду станцій та перегонів;
контроль на апараті управління за положенням і зайнятістю стрілок, зайнятістю перегонів, колій на станціях та прилеглих до них блок-ділянок, а також повторення показань вхідних і вихідних світлофорів;
можливість переходу у маневровій роботі на місцеве управління стрілками на самій станції;
автоматичний запис графіка виконаного руху поїздів; виконання вимог, що пред'являються до ЕЦ і АБ. Нові системи ДЦ повинні забезпечувати можливість зміни напрямку руху поїзним диспетчером при помилковій зайнятості блок-ділянок і контроль справності роботи переїзної сигналізації.
1. Організація перевезень
В основі організації перевізного процесу на залізничному транспорті Росії лежать наступні принципи:
організація руху поїздів за графіком, управлінському роботу всіх підрозділів залізниць з раціональним використанням пропускної спроможності ліній, пристроїв і споруд;
організація роботи станцій на основі типових технологічних процесів прийому, відправлення, пропуску поїздів, формування й розформування составів, навантаження і розвантаження вантажів, посадки і висадки пасажирів;
оперативне планування експлуатаційної роботи для виконання графіка руху і технічних норм на поточну добу і зміну;
організація вагонопотоків і маршрутизація перевезень;
технічне нормування навантаження і вивантаження, розмірів руху на ділянках, передача завантажених та порожніх вагонів по стикових пунктах, потрібних парків рухомого складу та ін;
диспетчерське керівництво виконанням завдань з перевезень;
забезпечення безпеки руху поїздів при проведенні будь-яких видів робіт.
Якість експлуатаційної роботи доріг оцінюється наступними показниками: використанням рухомого складу, собівартістю перевезень і продуктивністю праці.
Використання рухомого складу характеризують такі показники: швидкості руху поїздів (технічна, дільнична, маршрутна); час перебування потягів і вагонів на станціях; використання вантажопідйомності вагонів; продуктивність, середньодобовий пробіг локомотивів.
Показники роботи станцій: час обробки транзитного поїзда, час обробки транзитного вагона з переробкою; час обробки місцевого вагона (навантаження, вивантаження).
Оперативне управління перевізним процесом на залізно-дорожньому транспорті забезпечується багаторівневою системою диспетчерського керівництва.
2. Диспетчерське управління рухом поїздів
Сучасні тенденції використання обчислювальних засобів у системах залізничної автоматики (ЖАТ) визначають напрями вдосконалення не тільки апаратної платформи, а й структури оперативного управління. Це знайшло відображення в технології подальшої централізації оперативного управління рухом поїздів не на окремих ділянках, а на напрямках. Можливість інтеграції керівництва процесом перевезення в центрах управління потребує вирішення технологічних питань по розподілу зон і функцій управління та розробки нормативних та експлуатаційних основ, пов'язаних з впровадженням та обслуговуванням систем централізації управління.
Для вдосконалення та оптимізації системи управління рухом поїздів в 1988 р. залізниці приступили до проектування і будівництва єдиних дорожніх і регіональних автоматизованих диспетчерських центрів управління перевезеннями (АДЦУ). Процес створення АДЦУ прийняв затяжний характер через відсутність прийнятих в повному обсязі в постійну експлуатацію сучасних систем ДЦ і обмеженості коштів на інфраструктуру каналів зв'язку.
У той же час у зв'язку з різким зниженням обсягів перевезень на мережі доріг РФ перед галуззю було поставлено завдання скорочення експлуатаційних витрат впровадженням ресурсозберігаючих технологій і вдосконаленням структури управління залізницями.
Для вирішення поставлених завдань почалося укрупнення залізниць та відділень з тенденцією переходу на безотделенческую структуру управління. Необхідність реорганізації підвищила актуальність створення єдиних дорожніх і регіональних АДЦУ та впровадження сучасних комп'ютерних систем управління рухом поїздів.
Для подальшого скорочення експлуатаційних витрат та вдосконалення структури управління перевізним процесом почалася перебудова структури управління рухом поїздів в масштабах всієї країни. Передбачається акціонування залізниць.
Відповідно до нової концепції управління перевізним процесом система керування призначається для реалізації в рамках наступних територіальних об'єднань: мережа залізниць, регіон мережі залізниць, лінійний район.
У зв'язку з цим управління перевізним процесом має здійснюватися на основі трирівневої вертикалі центрів управління: мережевий центр управління перевезеннями (ЦУП), регіональний центр диспетчерського управління (РЦДУ), опорний центр управління лінійним районом (ОЦ).
Центр управління перевезеннями є складовою частиною структури Міністерства шляхів сполучення, а в перспективі - компанії "Російські залізниці". Його призначення - організація і оперативне керівництво перевізним процесом на мережі залізниць РФ з метою максимального задоволення платоспроможного попиту на пасажирські і вантажні перевезення із забезпеченням високої якості послуг, транспортних послуг при досягненні необхідної для розвитку галузі рентабельності. ЦУП повинен очолювати і координувати роботу РЦДУ, також усіх галузевих підприємств, причетних до перевізного процесу.
Регіональні центри створюються у відповідності з територіальним поділом Росії на сім регіонів. РЦДУ повинні стати підрозділами майбутньої акціонерної компанії "Російські залізниці", підлеглими мережному ЦУПу. До організації РЦДУ його функції виконують дорожні єдині центри диспетчерського управління, існуючі майже на всіх залізницях РФ.
Регіональний центр диспетчерського управління повинен бути іінформатівно і технологічно пов'язаний з ЦУПом, сусідніми регіональними центрами і опорними центрами своїх лінійних районів, з усіма галузевими підприємствами, що забезпечують роботу інфраструктури залізничного транспорту в регіоні управління, великими відправниками та одержувачами вантажів.
На РЦДУ покладається реалізація технологій управління перевізним процесом у межах регіону, що є природним продовженням єдиних баз даних та мережевих технологій ЦУПа з їх деталізацією (аж до управління рухом кожного поїзда) і доповненням управління місцевими для регіону перевезеннями.
Опорний центр є віддаленим підрозділом РЦДУ, розташованим, як правило, на опорній станції лінійного району. Робота ОЦ істотно залежить від особливостей опорної станції та лінійного району в цілому. Передбачаються такі типи ОЦ:
примикають до районів масового навантаження вантажів на під'їзних шляхах;
з великою вантажний станцією в якості опорної;
для прикордонних переходів;
з припортової станцією в якості опорної;
з сортувальної або технічної станцією в якості опорної.
Основні завдання ОЦ:
- Взаємодія з відправниками та одержувачами вантажів на території лінійного району, в тому числі на основі єдиних технологічних процесів;
- Управління місцевої роботою лінійного району з забезпеченням встановлених нормативів часу обороту місцевих вагонів;
- Переробка транзитного вагонопотоку з його забезпеченням локомотивами і локомотивними бригадами, технічний та комерційний огляд поїздів;
- Організація передачі вантажів між державами та іншими видами транспорту, взаємодія з портами, митними органами та ін;
- Взаємодія з вагонними депо та його підрозділами з несправним вагонів, організація підготовки вагонів і складів під навантаження.
Оперативно-диспетчерський персонал опорного центру забезпечує керівництво роботою всіх підрозділів самої опорної станції і прикріплених станцій лінійного району. До нього відносяться чергові по станціях і паркам, агенти центрів фірмового технологічного обслуговування, станційних технологічних центрів, чергові по гірці і т.п. Опорний центр включає в себе підрозділи інших служб, що безпосередньо беруть участь в перевізному процесі: пункти технічного і комерційного обслуговування, вагонні дільниці, дистанції сигналізації і зв'язку та ін
Управління процесом перевезень будується за принципом наскрізних інформаційно-керуючих технологій, спрямованих від ЦУП через РЦДУ і ОЦ до робочих місць працівників лінійних районів або пристроїв залізничної автоматики, виконують ті чи інші операції перевізного процесу.
Наскрізні інформаційно-керуючі технології повинні забезпечити єдність управління перевізним процесом згори вниз, з дотриманням умов замовлення на перевезення та мінімізацією експлуатаційних витрат на їх виконання.
3. Структура диспетчерських систем
Для правильного розуміння властивостей багаторівневих систем диспетчерського управління на залізничному транспорті необхідно попередньо розглянути деякі загальносистемні закономірності.
Будь-яка цілеспрямована діяльність можлива тільки в рамках певної системи тієї чи іншою мірою складності. У нашому випадку мова йде про технологічні системах, що складаються з людей і технічних засобів. Останні - це зазвичай технічні або кібернетичні системи, що взаємодіють з людиною.
Технічні системи (рис. 1.1, а) створюються для виконання певної цільової функції. Вони здатні працювати при зміні зовнішніх умов в певних межах. Процес формування доцільного (ефективного в сенсі виконання функції) поведінки системи називається управлінням. Поведінка технічної системи визначається програмами, закладеними в неї при створенні.
На одну і ту ж ситуацію на вході система завжди виробляє одну і ту ж програму управління, тобто поведінка системи однозначно. Суть управління в технічній системі зводиться до віднесення вхідний ситуації за певним критерієм до однієї з відомих, при якій реалізується певна програма впливу на об'єкт управління. Зазвичай в технічних системах критерій один і число програм невелика.
Більш складною поведінкою мають кібернетичні системи (рис. 1.1, б), в які технічні системи входять як підсистеми (елементи). На відміну від технічної системи для оцінки вхідний ситуації використовуються багато критерії і відповідно для певного набору вхідних даних можуть бути вибрані різні програми управління. Кібернетична система має можливість перекомбінації програм управління під впливом зовнішнього або внутрішнього управління. В одній і тій же ситуації однотипні кібернетичні системи можуть вести себе, з одного боку, по-різному, а з іншого - однаково в різних ситуаціях, тобто для кібернетичних систем є характерним формування поведінки виходячи з оцінки зовнішньої ситуації за певним критерієм у відповідності з внутрішньою метою.
Рис. 1. Структурні схеми технічної та кібернетичної систем
На відміну від технічних систем, де дотримується жорстке відповідність між ситуацією на вході і реакцією системи на виході, в кібернетичних системах приймається те чи інше управляє рішення (програма управління) і при нестандартній ситуації на її вході.
Такий ж формою поведінки володіють і всі системи більш високих класів, тобто біологічні та суспільні (похідні від індивідуума). Це подібність у поведінці пояснюється наявністю таких загальних властивостей у кібернетичних, біологічних і суспільних систем, як можливість сприйняття і розпізнавання зовнішніх впливів і формування образу (моделі) середовища; наявність вихідної інформації про середовище, що зберігається у вигляді образів середовища; наявність вихідної інформації про себе, своїх властивості та можливості, які зберігаються у вигляді образів системи.
Зрозуміло, глибина відображення істотно різна у систем різних класів і навіть у різних систем одного класу. Важливо підкреслити, що у всіх випадках поведінка системи - це результат розпізнавання, зіставлення та перетворення інформаційних образів тієї чи іншої складності.
Таким чином, управління вимагає критерію, інформації про ситуацію і вихідної інформації про систему та середовищі.
Якість управління перш за все залежить від обсягу вихідної інформації та повноти подачі ситуації на входах системи, від яких залежать точність впізнання ситуації і, отже, правильний вибір програми управління. Це пояснюється тим, що зазвичай кожної ситуації однозначно протиставлена певна програма управління.
Помилки в упізнанні ситуації на входах системи неминуче ведуть до втрати ефективності в управлінні незалежно від причини помилки, тобто байдуже, чи була непередбачено ситуація або неправильно визначена передбачена.
Крім внутрішнього управління (самоврядування), система може піддаватися зовнішньому управлінню, якщо вона входить як елемент (підсистема) у більш складну цілеспрямовану систему як керованої чи співпрацює. Взаємовідносини з іншими системами можуть бути організовані за різними структурами: цепочечной (рис. 1.2, а), централізованої радіальної (рис. 1.2, б), кільцевої (рис. 1.2, в), многосвязевой (рис. 1.2, г).
Рис. 2. Структурні схеми взаємозв'язку систем
Під структурою системи прийнято розуміти безліч можливих відносин між підсистемами та елементами всередині системи. Структури реалізуються за допомогою зв'язків, що здійснюють взаємодію між підсистемами (елементами). За характером взаємодії розрізняють прямі і зворотні зв'язки. Цим виражається спрямованість передачі керуючої та контрольної інформації між підсистемами. Часто структура виражає тільки співвідношення між підсистемами з управління (підпорядкованість).
У диспетчерському управлінні залізничним транспортом набули поширення ієрархічні централізовані структури (рис. 1.2, д). У цьому випадку кожен вищий рівень управління має радіальні зв'язку з однотипними керованими системами. Число систем на кожному рівні залежить від складності цільових функцій і керованих систем.
Головною причиною появи будь-якої ієрархії є невідповідність між складністю об'єкта управління і здатністю керуючого органу охопити і переробити інформацію про об'єкт з необхідною точністю в заданий час. Дійсно, будь-який складний виробничий процес вимагає своєчасного формування узгоджених з іншими процесами правильних рішень, що ведуть до мети.
Всім ієрархічним системам управління притаманні такі основні особливості:
послідовна вертикальна підпорядкованість;
правом втручання в дію будь-якої системи має тільки система вищого рівня;
дії будь-якої системи фактично залежать від виконання своїх функцій керованими підсистемами;
більш високі рівні управління мають справу з більш великими підсистемами і ширшими аспектами поведінки всієї системи в цілому, тобто чим вище рівень, тим більше спільність відображення об'єкта управління;
більш високий рівень управління має більший період вироблення керуючого рішення через необхідність збору та обробки більшої кількості різнорідної інформації;
чим вище рівень управління, тим більше невизначеностей у виробленні математично точною програми управління об'єктом.
Основним видом управління в ієрархічних системах є програмне (командне) управління. Для ефективного функціонування систем при такому управлінні необхідна добре налагоджена технологія інформаційного обміну між рівнями, що дозволяє досить оперативно і повно відображати керований об'єкт. Проте практично в складній ієрархічній системі це зробити важко і тому всі недоліки в інформаційному обміні обертаються втратою ефективності управління.
При недостатньо повному відображенні об'єктів управління вищестоящими рівнями більш ефективною є передача керованої підсистемі не програми, а критерію для вироблення програми управління у підсистемі на основі оцінки ситуації. Такий спосіб називається рефлексивним управлінням.
У нестандартних ситуаціях або при неповному відображенні стану середовища і системи для вибору правильної форми поведінки може використовуватися метод адаптивного управління. Він припускає втягування систем в однотипне поведінку на основі наслідування найбільш ефективним зразкам.
Взагалі будь-які форми поведінки складних систем (кібернетичних, біологічних, суспільних) можуть бути представлені тій чи іншій комбінацією програмного, адаптивного і рефлексивного управлінь, частка яких коливається в залежності від ситуації на входах і глибини вихідної інформації в системі.
У кібернетичних системах та внутрішнє і зовнішнє управління є програмними, так як інші види управління ще не мають технічної реалізації (в автоматичних системах).
Однак адаптивне і рефлексивне управління використовуються в складних технологічних системах з людьми і автоматизованими підсистемами і, зокрема, в диспетчерському управлінні залізничним транспортом.
Наприклад, якщо самий нижній рівень управління забезпечує вибір програми управління на основі оцінки вхідної інформації від об'єктів і командних приписів від вищого рівня, то вже другий рівень, що має в управлінні кілька однотипних систем, може використовувати адаптивну або рефлексивну форму управління.
На залізничному транспорті нижнім (першим) рівнем ієрархії диспетчерського управління є система управління рухом на ділянці поїзним диспетчером.
На великих станціях диспетчерське керівництво здійснює змінний маневровий диспетчер.
В управлінні у поїзних і маневрових диспетчерів знаходиться ряд однотипних технологічних підрозділів, безпосередньо керуючих об'єктами залізничного транспорту. Технічне оснащення диспетчерського управління найбільш розвинене поки тільки для виконання основних завдань поїзних і станційних (маневрових) диспетчерів.
Поїзний диспетчер керує рухом поїздів на ділянці (диспетчерський коло) залізниці, що містить ряд станцій. Протяжність ділянки залежить від розмірів руху та обсягу вантажної роботи.
Основними прийомами диспетчерського регулювання руху поїздів є: скорочення часу стоянок поїздів; прискорення ходу поїзда по перегонам щодо швидкості, передбаченої розкладом; зміна пунктів і порядку схрещення, обгону і технічних стоянок поїздів; використання неправильного шляху на двоколійних лініях (паралельний рух в одну сторону по двом шляхах); відправлення поїздів слідом; пропуск здвоєних поїздів; першочерговим пропуск спізнюються поїздів або застосування швидкісного підштовхування; регулювання підходу поїздів до станцій. Будь-які регулювальні завдання диспетчера завчасно передаються черговим по станціях та іншим відповідальним особам для виконання.
Обсяг роботи поїзних диспетчерів великий, особливо щодо збору та обробки інформації про стан ділянки (майже 70% робочого часу), тому велике значення для поліпшення організації руху мають технічні засоби, які полегшують діяльність диспетчерів. Найбільш ефективні пристрої диспетчерської централізації, тобто сукупність пристроїв електричної централізації (ЕЦ) на станціях, автоблокування (АБ) на перегонах між станціями і системи телемеханіки, яка об'єднує територіально розосереджені об'єкти ЕЦ і АБ в єдину систему управління. Якщо для диспетчера організується тільки збір інформації про стан об'єктів на перегонах і станціях, то таку систему прийнято називати системою диспетчерського контролю (ДК). Якщо диспетчер має можливість не тільки контролювати, але й управляти об'єктами ЕЦ і АБ, мова йде про систему диспетчерської централізації (ДЦ).
Для службових переговорів зі станціями, що входять до відділку, поїзному диспетчеру надаються спеціальні засоби телефонного зв'язку, що охоплюють телефони чергових по станціях, операторів, чергових локомотивних депо, підмінним пунктам, тяговим підстанцій, телефони локомотивних диспетчерів і енергодиспетчера. Крім того, поїзний диспетчер має кошти поїзного радіозв'язку, призначеної для службових переговорів з машиністами поїзних локомотивів.
Маневровий диспетчер на станціях має радіозв'язок з машиністами маневрових локомотивів і телефонний зв'язок з необхідними технологічними підрозділами станції.
Оперативним керівництвом рухом поїздів у межах відділення дороги займається відділ руху, що має змінних старшого диспетчера, чергових по відділенню і поїзних диспетчерів. Природно прагнення розмістити поїзних диспетчерів в одному місці. У цьому випадку кожен диспетчерський ділянку відображається самостійними засобами ДЦ, але в сукупності виникає відображення ситуації по всьому відділенню дороги.
Для підвищення ефективності диспетчерського управління постійно прагнуть до збільшення зони дії диспетчера. З цією метою системи ДЦ удосконалювалися в напрямках збільшення інформаційної ємності та швидкості передачі повідомлень.
Проте зворотною стороною розширення зони управління стає перевантаження диспетчера нетворчої роботою, яка знижує його можливості по оптимізації управління. Звідси інша стала тенденція у розвитку систем ДЦ - автоматизація повторюваних операцій управління аж до створення Автодиспетчер.
Перші установки, автоматично встановлюють маршрути в системах ДЦ, з'явилися в 60-х рр.. Були випробувані програмно-що задають пристрої, розраховані на автоматичну установку маршрутів за графіком руху, обладнаний дослідну ділянку системою "Автодиспетчер дільничний", в якій на керуючу ЕОМ покладалися також завдання по вибору оптимального графіка руху на основі оцінки фактичного стану на ділянці.
Пізніше були проведені випробування системи "Автодиспетчер станційний", призначеної для оптимального управління роботою великій станції. Відразу відзначимо, що в цілому ці системи себе не виправдали, на вітчизняних залізницях набули поширення лише порівняно прості системи автоматичної установки маршрутів на проміжних станціях.
Основною причиною низької ефективності управління в системі "Автодиспетчер" є недостатнє інформаційне відображення об'єкта управління, тобто керуюча ЕОМ поставлена в такі умови, коли програма керування вибирається за досить неточного опису стану диспетчерського ділянки. Пояснюється це перш за все тим, що основним джерелом інформації для регулювання руху в системі "Автодиспетчер" є пристрої електричної централізації та автоблокування. Однак у силу свого призначення - контролювати умови безпеки - ці системи оперують даними тільки про стан стрілок, світлофорів та рейкових кіл, тобто стаціонарних колійних об'єктів. Для прийняття правильного керуючого рішення з організації руху диспетчером або ЕОМ даних у системі "Автодиспетчер" явно недостатньо.
Дійсно, щоб прийняти рішення про встановлення того чи іншого маршруту, попередньо необхідно оцінити ситуацію на станції за багатьма складовими технологічного процесу. Оскільки кінцевою метою перевізного процесу є цілеспрямоване переміщення рухомих одиниць (поїздів, вагонів, локомотивів), для організації будь-якого переміщення вихідним є точне знання місця, призначення та стану кожної одиниці, технологічного стану систем і підрозділів, тобто повне інформаційне опис об'єктів управління (моделювання).
Рис.1.3. Схема інформаційних моделей системи управління станцією.
Таким чином, при диспетчерському управлінні рухом на станції або дільниці в системі повинні бути наступні інформаційні моделі (рис. 1.3): поїзна, вагонна, локомотивна, технологічного стану станції та стану колійних об'єктів (стрілок, світлофорів тощо). На основі оцінки ситуації по цих моделях може бути вибрано управляє рішення, звичайно ж, більш ефективне, ніж при використанні інформації тільки про стан колійних об'єктів.
Таким чином, для автоматизації управління рухом необхідні технічні засоби, що відображають стан станції або ділянки по всіх технологічних складових. Виходячи з цього, можна вирішувати питання і про те, яка система диспетчерського управління краще - автоматична або автоматизована?
Принциповою відмінністю між ними слід вважати спосіб прийняття керуючого рішення в системі. В автоматичній системі рішення вибирає технічний пристрій (ЕОМ і т.п.), а в автоматизованій ці функції виконує людина. Зрозуміло, в автоматизованій системі та деякі інші функції можуть виконуватися людиною, тобто розподіл обов'язків між людиною і технічними засобами може бути різним, але головне - як приймаються рішення?
Неважко помітити, якщо на вході вирішального пристрою стан об'єкта управління представлено точно і ця ситуація стандартна (передбачена), то в подібних умовах рішення технічним пристроєм будуть прийматися оперативніше. У тих же випадках, коли формалізоване інформаційний опис стану об'єкта управління в системі не є повним і для зняття невизначеності в ситуації потрібне залучення додаткових даних з інших джерел, то керуючі рішення, прийняті людиною, виявляються краще.
У системах диспетчерського управління найбільш перспективно комбіноване управління, тобто поєднання керуючої ЕОМ з диспетчером-оператором. У цьому випадку ЕОМ повинна оперативно виконувати найбільш трудомістку роботу з оцінки вхідної інформації і видавати оператору рекомендації (поради) з управління, які можуть бути прийняті або відкинуті ним з урахуванням відомої йому додаткової неформалізованій інформації.
У стандартних ситуаціях з режиму ради ЕОМ легко може бути переведена в режим автоматичного керування. Проте краще все ж зберігати за оператором функції остаточного вибору керуючого рішення, так як для зворотного переходу від автоматичного управління знадобиться чимало часу на сприйняття оператором ситуації, що склалася в системі.
Таким чином, введення засобів автоматизації диспетчерського управління об'єктивно веде до розширення зони управління з одного пункту.
При ДЦ є можливість управління об'єктами ЕЦ: диспетчером з центрального пульта; з місцевого пульта ЕЦ (резервне); з маневрових колонок (місцевий). Робота з резервного пульта або місцеве управління можливі лише з дозволу диспетчера.
Зазвичай на диспетчерському ділянці великі станції постійно зберігаються черговими по станції на автономному управлінні. Деякі станції диспетчерського ділянки можуть передаватися на місцеве управління на тривалий час (сезон). Таке управління часто називають сезонним.
На станціях, що передаються до окремих випадках з диспетчерського управління на місцеве, управління здійснюється начальником станції або укладачами з дозволу диспетчера.
Будь-яка використовується на ділянці залізниці система ДЦ повинна задовольняти основним вимогам Правил технічної експлуатації залізниць України (ПТЕ), тобто забезпечувати:
управління з одного пункту стрілками і сигналами ряду станцій та перегонів;
контроль на апараті управління за положенням і зайнятістю стрілок, зайнятістю перегонів, колій на станціях та прилеглих до них блок-ділянок, а також повторення показань вхідних і вихідних світлофорів;
можливість переходу у маневровій роботі на місцеве управління стрілками на самій станції;
автоматичний запис графіка виконаного руху поїздів; виконання вимог, що пред'являються до ЕЦ і АБ. Нові системи ДЦ повинні забезпечувати можливість зміни напрямку руху поїзним диспетчером при помилковій зайнятості блок-ділянок і контроль справності роботи переїзної сигналізації.