Имитационная модель распределения поездо-потоков по оптимальным маршрутам

Чибисов Ю.В.

УДК 656.222.3

Ю. В. ЧИБ1СОВ (ДПТ)

1М1ТАЦ1ЙНА МОДЕЛЬ РОЗПОД1ЛУ ПО1ЗДОПОТОКУ ПО ОПТИМАЛЬНИХ МАРШРУТАХ

Запропоновано iмiтацiйну модель для виршення задачi рацiонального розпод^ пойдопотошв за двома показниками: час руху по!зда та затрати мехашчно! роботи.

Ключовi слова: рацiональний розподш по!'здопотошв, оптимальний маршрут, iмiтацiйна модель, час руху по!зда, затрати мехашчно! роботи

Предложена имитационная модель для решения задачи рационального распределения поездопотоков по двум показателям: время движения поезда и затраты механической работы.

Ключевые слова: рациональное распределение поездопотоков, оптимальный маршрут, имитационная модель, время движения поезда, затраты механической работы

The simulation model for solution of the task of the rational train traffic volume distribution in consideration of two indices, namely the train traffic time and the expenditure of mechanical work, was suggested.

Keywords: rational train traffic volume distribution, optimum route, simulation model, train traffic time, expenditure of mechanical work

Метою дано1 роботи е розробка програм-ного забезпечення, в якому буде ре^зована запропонована математична модель з визна-чення оптимальних маршрута руху та розпод> лення по!здопотоюв по цих маршрутах мiж вщповщними пунктами.

Задача з визначення оптимальних маршрута руху по!здопотоку дшиться на двi шдзадач^ а саме:

- побудова вшх простих, допустимих маршрута мiж станщями;

- розподшення по!здопотоку по отриманих маршрутах.

Кожну з тдзадач можна представити як окрему компоненту програми. Крiм того, при реатзаци окремих компонент виникае необхщ-нiсть у створенi додаткових, допомiжних процедур.

Для побудови допустимих, простих маршрута мiж ушма станцiями необхiднi данi про штку мереж залiзницi, а також шформащя про поIздопотiк мiж станщями, тому виникае потреба у запис цих даних у файлi з метою 1х по-дальшого використання. Також необхiднi про-цедури по робот з файлом, а саме: допис шфо-рмацiI у файл, вщображення у зручнiй формi iнформацiI, що зберiгаеться у файлi та корегу-вання даних, що збертаються у файлi.

Враховуючи пiдзадачi та зазначенi вище вимоги програмний, продукт повинен забезпе-чувати виконання наступних функцш:

- робота з файлом;

- розрахунок вшх простих, допустимих ма-ршрутiв слщування з будь-яко1 станцiI в ус можливi;

- розподш по!здопотоку по маршрутах з урахуванням мшмального загального часу руху, пропускно! спроможносп коли та кшькосп по!зд!в, що слщують з одше! станцп в шшу;

- розподш по!здопотоку по маршрутах з урахуванням мшмально! загально! мехашчно! роботи при слщуванн по!зд!в, пропускно! спроможност коли та кшькосп по!зд1в, що сл> дують з одше! станци в шшу;

- розподш по!здопотоку по маршрутах, од-ночасно враховуючи загальний час руху та затрати мехашчно! роботи, при обмеженнях з пропускно! спроможносп колш та заданш величин! по!здопотоку м!ж станц!ями;

- розрахунок загально! кшькосп по!зд!в, що пройде по кожнш кол!! та вивщ дано! шформа-ц!! в таблицю;

- в!дображення даних про сполучення м!ж двома сус!дн!ми станц!ями в таблицю.

Враховуючи те, що в один файл збер!гаеться шформащя, вш повинен мютити певну посл> довшсть в збережен! даних. Спочатку повинш вноситися назви станц!й та номера, що при-своюються автоматично, пот!м дан! про сполучення м!ж двома сус!дн!ми станц!ями та в кш-ц! - дан! про по!здопот!к м!ж вс!ма станц!ями.

Bii6ip парадигми програмування

Внутр!шне проектування сл!д починати з вибору парадигми програмування, тобто шдхо-ду до написання програм. Найб!льш пошире-ними парадигмами програмування, як! до того ж можуть бути використаш для розробки проекту, е парадигми процедурного та об'ектно-ор!ентованого програмування.

Об'ектно-орiентований шдхщ полягае в на-ступному наборi основних принципiв:

- обчислення здшснюються шляхом взаемо-ди (обмшу даними) мiж об'ектами, при якому один об'ект вимагае, щоб шший об'ект виконав деяку дiю. Об'екти взаемоддать, посилаючи та одержуючи повщомлення. Повiдомлення - це запит на виконання ди, доповнений набором аргумента, яю можуть знадобитися при вико-наннi ди;

- кожен об'ект мае незалежну пам'ять, яка складаеться з iнших об'ектiв;

- кожен об'ект е представником (примiрни-ком) класу, який висловлюе загальнi властивос-тi об'ектiв;

- у клас задаеться поведiнка (функщональ-нiсть) об'екта. Тим самим ус об'екти, яю е ек-земплярами одного класу, можуть виконувати однi i т ж ди;

- класи оргашзоваш в едину деревоподiбну структуру з загальним коршням, що названа iерархiею наслiдування. Пам'ять i поведiнка, пов'язаш з примiрниками певного класу, автоматично доступш будь-якому класу, розташо-ваному нижче в iерархiчному дерева

Таким чином, програма являе собою набiр об'ектiв, що мають стан i поведiнку. Об'екти взаемодiють за допомогою повiдомлень. При-родним чином вибудовуеться iерархiя об'ектiв: програма в цшому - це об'ект, для виконання сво!х функцiй вона звертаеться до об'екпв, якi до не! входять, та яю, у свою чергу, виконують запит шляхом звернення до iнших об'ектiв про-грами. Природно, щоб уникнути несюнченно! рекурси у зверненнях, на якомусь еташ об'ект трансформуе звернене до нього повщомлення в повiдомлення до стандартних системних об'екта, що надаються мовою i середовищем про-грамування.

Стшюсть i керованiсть системи забезпечу-еться за рахунок чiткого розподiлу вщповщаль-ностi об'ектiв (за кожну дда вiдповiдае певний об'ект), однозначного визначення протоколiв мiжоб'ектноl взаемоди i повно! iзольованостi внутршньо1 структури об'екта вщ зовнiшнього середовища (шкапсуляци).

Виб1р мови програмування

Для вибору мови програмування необхщно з'ясувати особливосп розробки програми.

Програма вимагае велико1 кiлькостi екран-них форм i дiалогових вшон для введення, перегляду i змiни шформаци. Для швидко1 розробки штерфейсу потрiбна система, що шдтримуе вiзуальне програмування.

Середовище програмування по можливосп повинно мати вбудоваш засоби налагодження та перевiрки помилок на еташ виконання.

Вищевказаним вимогам повною мiрою за-довольняють два середовища програмування: Borland Delphi та Builder С++, що тдтримують мови Object Pascal та C/C++ вщповщно.

В якосп середовища програмування було обрано Builder С++. Цей вибiр обумовлений тим, що це середовище дозволяе створити зру-чний штерфейс. Але тшьки тим можливостi Builder С++ не обмежуються. Iдеологiя форм, об'ектно-орiентований пiдхiд, надзвичайно швидкий комшлятор, тiсна iнтеграцiя з програ-муванням у середовищi Windows i технолопя компонентiв - це ще один довщ використання даного пакета.

Але найважлившою частиною е мова С++, на фундамент яко! будувалося все шше. Builder С++ швидко подае потрiбну шформа-цiю. А технолопя Code Insight (система тдка-зок для написання коду) допомагае швидко пи-сати програму й уникнути помилок при напи-санш тих або шших назв елементiв iнтерфейсу або назв процедур i функцiй.

Проектування штерфейсу користувача

Програма, що розроблюеться, повинна мати штерфейс, який спроектовано тд операцiйну систему Windows. Важливим аспектом, який враховувався тд час проектування штерфейсу, е простота освоення i запам'ятовування опера-цiй системи.

Основним будiвельним блоком iнтерфейсу е форма. Будь-яка програма мае форму, яка нази-ваеться головною. Ця форма з'являеться на ек-ранi тд час запуску програми. Використаемо головну форму для побудови iнтерфейсу. У верхнш частинi форми буде розташовуватись головне меню користувача. При виборi якого-небудь з пунктiв меню на формi стають актив-ними вщповщш елементи iнтерфейсу, що необ-хiднi для реалiзацii даного пункту меню. Потр> бно знати, що користувач шсля запуску про-грамного продукту отримуе можливiсть вико-ристати програму у сво!х розробках, тому затрати на вивчення роботи штерфейсу програми повинш бути мшмальш та iнтерфейс повинен бути легкозасвоюваним.

Виходячи з вищевказаних мiркувань, перед-бачаеться створення короткого за змютом та легкого за ступенем сприйняття iнтерфейсу, що володiе властивiстю швидкостi досягнення мети та ефективного отримання розв'язку задача На рис. 1 зображено граф сташв i переходiв спроектованого головного меню користувача.

Проектування арх^ектури програми

Виходячи з того, що задача дшиться на шд-задачi, органiзуемо кожну пiдзадачу в окремий модуль.

Таким чином маемо наступи модуль - головний модуль програми;

- модуль для роботи з даними та файлом;

- модуль для розрахунку простих, допусти-мих маршрутiв;

- модуль для розподшення по1здопотоку по маршрутам.

Структура програми наведена на рис. 1.

Закриття

Рис. 1. Граф сташв 1 переход1в головного меню користувача

Об'еднаемо функци та процедури, що вщ-повiдають за штерфейс програми, у головному модуль Крiм того в цьому модулi будуть зна-ходитись глобальнi змiннi, з якими будуть пра-цювати вс модулi.

Для покращення роботи програми з даними, об'еднаемо всi процедури та функци, що вико-нують роботу з даними, в один модуль. Цей модуль буде мютити таю основш функци:

- зчитування даних з файлу;

- додавання шформаци в файл;

- вивщ даних на екран, вщображення на го-ловнш формi;

- редагування даних та !х збереження.

Для розрахунку простих, допустимих марш-рутiв треба користуватися математичними формулами та методами. Виходячи з цього, вини-кае необхщнють вс процедури та функци, що пов'язаш з щею задачею, об'еднати в модуль.

За щею ж причиною видшимо модуль для розподшення по1здопотоку по маршрутам. Реа-лiзацiя ще1 задачi базуеться на одному матема-тичному методi. Крiм того, для складання таб-лицi завантаження кожно1 коли необхiднi данi,

що виникають в результат1 розрахунку розпод1-лу по1здопотоку по маршрутам. Взаемозв'язок м1ж модулями програми наведений на рис. 2.

Формалiзацiя вихiдних даних та аналiз результатiв роботи програми

Результатом роботи став програмний продукт «Розрахунок оптимальних маршрута руху по1здопотоюв», який визначае ращональш маршрута слщування по1зд1в на заданш мереж зал1знищ за умов виконання обмежень з пропу-скно1 спроможносп колш та розподшу задано-го по1здопотоку м1ж станщями.

Вих1дн1 дат

Для розв'язання поставлено!' задач1 розрахунку оптимальних маршрута слщування по1здо-потоюв необхщш наступш вихщш даш, яю вводяться користувачем в д1алогов1м режим1 в таблицю:

- назва станци д1лянки зал1знищ - тексто-вий формат;

- B^ip 3i списку введених назв станцш двох сумiжних станцiй;

- число колш мiж вибраними станщями -числовий формат;

- напрям руху по коли - текстовий формат;

- середнш час руху по1'зда по коли (хв.) -числовий формат;

Рис. 2. Взаемозв'язок модулiв програми

- пропускна спpоможнiсть колiï, поïздiв за добу - числовий формат;

- затрати механiчноï роботи при рус поïзду (КДж) - числовий формат;

- поïздопотiк мiж станцiями по BCiй дiлянцi залiзницi (поïздiв) - числовий формат.

Результати роботи програми

Результатом роботи програми, тобто дани-ми, яю отримае користувач на виход^ е:

- список вшх оптимальних маpшpутiв та значення по1'здопотоку, який pеалiзуеться на кожному з маршрута; кожний рядок списку буде мютити маршрут у формата

«Назва початково1' станцiй - номер коли -

назва пpомiжноï станци - номер коли -........-

назва кшцево1' станци»;

- графш залежносп затрат мехашчно1' роботи вiд затрат часу для виа дiлянки.

Розроблений продукт дае можливють швид-ко розраховувати даш та видае користувачу шформащю про маршрути, якi е оптимальними за двома показниками: час руху та затрати ме-ханiчноï роботи при pусi по коли, тобто щ по-казники е якомога меншими.

Вс вихiднi данi можна збеpiгати у файли та в подальшому використовувати 1'х у пpогpамi з можливютю редагування. Також програма на-дае користувачу залежшсть витрат механiчноï роботи вщ часу руху поïздiв для задано1' мереж у виглядi графша. В подальшому цю шформащю можна використовувати для розрахунку таpифiв перевезення ванташв, враховуючи ви-моги замовниюв.

Пpоаналiзуемо роботу програми, рухаючись по схемi, що зображена на рис. 3.

Рис. 3. Порядок роботи з програмним продуктом

За даним рисунком видно, що користувач в результат отримае оптимальнi маршрути сл> дування по]дщв, що розраховуеться на основi вихiдних даних, на прикладi Дшпропетровсь-кого вузла (рис. 4), шформаци про коли та по-1здопстк (рис. 5), та граф ¡к залсжносп витрат

мехашчно1 роботи вiд часу руху поlздiв. Кшце-вий результат програми (рис. 6) - список маршрута з указаною кшьюстю поlздiв по кожному з них, графiчна залежшсть витрат мехашч-но! роботи вщ часу руху по]дщв, а також наван-таження на кожну з колш.

Рис. 4. Схема Дшпропетровського вузла

Програма для розрахунку оптимальних маршрута руху потягопотоюв

Файл Редагування Розрахунок Допомога

Список перегоню П 01зд0п0т1к

1 Станшя Станд1я Напрямок Чап ПоУзд. /'до6'4 Затрат и МДж Кол1 ' поч./кУнд. Правда Карначк1вка Счхач1вка ДГУвка Войдеке Гп

Карначк1вка Непарннй 17 123 8Я0 1 Правда неможлнво 0 23 0 0 0

Карначхюка Сч:-:ач|е:ка Непарннй 14 128 7Я0 1 Каона'4:-:|е:ка 0 неможлнво 0 0 0 0

Счхачюка Дивка Непарннй 1П 130 6Я0 1 Си:-:ач|е:ка 0 0 неможлнво 0 0 0

Счхачюка Дивка Непарннй 1П 130 6Я0 2 Дивка 0 0 0 неможлнво 0 0

Счхачюка Днвка Парннй Я 126 520 3 Войиехе 0 0 0 0 неможлнво 0

Дивка ГоряУнове Непарннй К 130 705 1 ГоряУнове 0 0 0 0 0 не

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Дивка ГоряУнове Непарннй К 130 705 2 □бвшна 0 0 0 0 0 0

Днвка ГоряУнове Парннй К 13Я 540 3 Лн|поипето( 0 0 0 0 0 0

ГоряТнове Днтрипетрс Непарннй 4 13Я 515 1 Кайдакоька 0 0 0 0 0 0

ГоряТнове Днтрипетрс Непарннй 4 13Я 515 2 Лн|поипето( 0 0 0 0 0 0

ГоряТнове Днтрипетрс Парннй 4 138 487 3 Привтьне 0 0 0 0 0 0

Дыпропетро Кайдакоька Парннй Я 121 570 1 Сиоське 0 0 0 0 0 0

Дыпропетро Прет Амчр Парннй Я 132 568 1 Зистснчна 0 0 0 0 0 0

Дыпропетро Прет Амчр Непарннй Я 132 570 2 Днпр. П|е:де 0 0 0 0 0 0

Пост Амчр Нижньиднш Парннй Я 138 425 1 Пост Амчр 0 0 0 0 0 0

Пост Амчр Нижньиднш Непарннй 138 425 2 Ннжньодып 0 0 0 0 0 0

Нижньоднпц Нд,- Прнста Парннй 7 123 745 1 НДВ 0 0 8 0 0 0

Нижньоднпц НДВ Парннй 4 140 670 1 Нд. - Поиста 0 0 0 0 0 0

Нижньоднпц НДВ Непарннй 4 140 670 2 Рнбальоьке 0 0 0 0 0 0

ндв Самар1вка Парннй Я 138 620 1 Самао|е:ка 0 0 0 0 0 0

ндв Самар|е:ка Непарннй Я 136 620 2 1грень 0 0 0 0 0 0

НДВ 1грень Парннй 4 138 660 1

НДВ 1грень Непарннй 4 138 660 2

1грень Рнбальоьке Парннй Я 110 750 1

Днпо. Пюпеь НДВ Парннй 8 136 850 1 4 ' □ >

Рис. 5. Головне меню програми. Вихвдш даш.

Висновки

В результатi проведено1 науково-техшчно1 роботи було розроблено програмне забезпечен-ня, яке призначене для розрахунку оптимальних маршрута руху по1здопотоюв, враховуючи пропускну спроможнiсть колiй та заданий по1з-допотiк на мереж залiзницi. Маршрути обира-

ються оптимальними за двома показниками: час руху по]дщв та затрати мехашчно1 роботи при рус по1зда по коли, щ показники для кожного маршруту одночасно е якомога меншими.

Також користувач мае можливють графiч-ного вщображення залежностi затрат часу вщ виконано1 мехашчно1 роботи поlздiв в масштабах вие1 дiльницi.

.Vir -

Дал по маршрутам

Дан! по колнм

1 к,1- Греф ¡к залеж! юст затрат mmkjiih ich ррботи вщ часу руху потяпв. _ О X

Т

1823 А

1800 \

1777

1755

1732

1709

1688 X ■"л.

1863 \ р

182555 184820 187085 189350 191815 193990 198145 198410 200875

0, |

(3 патяпв) СлкачЕ.ка - Днвка, копя N-1

(3 питяг|е.| ДУвка ■ ГоряУнове, каля N-1

(17 патяпв) ДУвка ■ ГоряУнове, киля N-3

(3 питяг|е.| ГоряУнове ■ Дн1пропетровоьк, кол!я N-1

(28 питяпб] ГоряУнове ■ Дн1пропетровоьк, коп я МЛ

(28 пртяпв) Днпропетровськ - Пост Амур, катя N-1

(3 питяг|е.| Дн1пропетровськ - Пост Амур, катя М-2

(28 питяпб] Пост Амур - НижньсщнтроБськ, к опт N-1

(3 питяг|е.| Пост Амур -1 ижнындмпрсЕськ кол1я N-2

(33 питяпб] Нижньсдыпровоьк -1 |Д[! кол!я N-1

(14 пртяпв) Нижньсдыпровоьк -1 |Д[! кол ? N-2

(17 питяпк] Днпр. П|Е.дккий - ЩЕК каля N-1

(7 потяпЕ.| Днпр. П ¡Бдений - НДВ. катя М-2

(17 пртяпв) Зустр|чна - Днпр. П¡Бдений, кищк N-1

(7 потяпЕ.| Зустр|чна - Днпр. П|=.дкний ксщя МЛ

(23 п:ияпе.| Днпррпетровськ Вантаж. - Кчктрин.а ксля N4

(7 потяпв) Днпропетровськ Вантаж. - Кчстрин.а миля N-2

(15 п:ияпе.| Обвина - Дыпропетррвоьк. Вантаж., кип? М-1

(6 потяпЕ.| Войцеке - Обвцна, ксля N-1

(6 патяпв) СлкачЕ.ка - Войцеке, катя М-1

Ллпел.мсть Т би Р

Рис. 6. Результати роботи програми

З економiчноl точки зору цю шформащю можна використовувати при встановленi тари-фiв на перевезення вантажiв. Для кожного зна-чення часу доставки вашагав, який буде влаш-товувати замовника, можливо отримати зна-чення величини виконано1 мехашчно1 роботи i вiдповiдно встановити тариф. А також розраху-вати маршрути руху при заданому часi та ком-позищю составiв вантажних поlздiв.

Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. Андерсон, Дж. А. Дискретная математика и комбинаторика [Текст] / Дж. А. Андерсон : [пер. с англ.]. - М.: Изд. дом «Вильямс», 2004. -960 с.

2. Долгополов, П. В. Побудова модел1 корпоративно!' мереж1 управлшня експлуатацшною робо-тою зал1зничного вузла [Текст] / П. В. Долгополов // Зб. наук. пр. УкрДАЗТ. - Вип. 62. - Х., 2004.

3. Устич, П. А. Управление транспортом на основе математического моделирования [Текст] / П. А. Устич, А. А. Иванов // Ж/д трансп. -2008. - № 7. - С. 39-42.

4. Орловский, П. Н. Моделирование на ЭЦВМ процесса пропуска поездов по главному ходу железнодорожного узла [Текст] / П. Н. Орловский // Вопросы механизации и автоматизации сортировочного процесса на железнодорожных станциях. - 1975. - 160/8. - С. 107-115.

5. Апатцев, В. И. Оптимизация работы железнодорожных узлов [Текст] / В. И. Апатцев // Ж/д трансп. - 1998. - № 11. - С. 2-6.

6. Грунтов, П. С. Управление эксплуатационной работой и качеством перевозок на железнодорожном транспорте [Текст] / П. С. Грунтов. -М.: Транспорт, 1994. - 543 с.

7. Кочнев, Ф. П. Организация движения на железнодорожном транспорте [Текст] : учеб. для ВУЗов ж.-д. транспорта / Ф. П. Кочнев - М.: Транспорт, 1963. - 520 с.

8. Соболь, И. М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями [Текст] / И. М. Соболь, Р. Б. Статников. - М.: Наука, 1981. - 210 с.

9. Поденоский, В. В. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач [Текст] / В. В. Поденоский, В. Д. Ногин. - М.: Наука. Главн. ред. физ.-мат. лит-ры, 1982. - 256 с.

10. Парето-оптимальное моделирование инженерных задач [Текст] / В. И. Седых [и др.] // Комп'ютерний журнал. - 2004. - 22 с.

11. Bosov, A. A. Vector Optimization by Two Objective Functions [Electron. resource] / A. A. Bosov, G. N. Kodola, L. N. Savchenko. - Access mode: http://arxiv.org/pdf/0708.4307v1

Надшшла до редколегп 22.11.2010.

Прийнята до друку 29.11.2010.

Имитационная модель распределения поездо-потоков по оптимальным маршрутам Текст научной статьи по специальности «Математика»

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Чибисов Ю. В.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Чибисов Ю. В.

THE SIMULATED MODEL ARRANGES TRAINS IN OPTIMAL WAYS

Текст научной работы на тему «Имитационная модель распределения поездо-потоков по оптимальным маршрутам»