Реконструкция существующего участка железной дороги на направлении Орша-Витебск

-до 200 км/ч - скоростное движение поездов на реконструированных линиях;

Это позволит организовать здесь скоростное движение пассажирских поездов со скоростью до 200 км/ч и сократить время в пути до 4 ч и менее.

Формируется транспортный коридор "Север - Юг". Он позволит с использованием транспортной системы России и Ирана соединить Индию, Оман и другие страны Персидского залива, Индийского океана и Юго-Восточной Азии с Европой по более короткому пути. Один из возможных маршрутов этого коридора - направление по западному побережью Каспийского моря через пограничный железнодорожный переход Астара на азербайджано-иранской границе. При этом будет использована намечаемая к строительству на территории Ирана железнодорожная линия Казвин - Энзели - Астара. Институт Гипротранстэи по заданию МПС России разрабатывает ТЭО организации железнодорожных сообщений в транспортном коридоре "Север - Юг".

В настоящее время наблюдается тенденция соединения аэропортов, высокоскоростной железной дороги, городской железкой дороги, включающей линии скоростного трамвая и метрополитена в едином вокзальном комплексе.

Высокоскоростные перевозки в Европе - это будущий рынок для железных дорог, который пока осваивается только применительно к пассажирским перевозкам.

В 1990 г. было опубликовано сообщение Комиссии Европейского Союза «Европейская сеть высокоскоростных железных дорог», где в главе «Сеть высокоскоростных железных дорог и грузовые перевозки» обсуждался вопрос об использовании ВСМ для грузовых перевозок.

Т а б л и ц а 1.2 - Улучшение времени поездки по сравнению с 1914 года

Технологические достижения в области инфраструктуры и подвижного состава позволили существенно сократить продолжительность поездки по маршрутам высокоскоростных железнодорожных сообщений.

Поскольку время поездки является одним из важнейших факторов, определяющих спрос на перевозки тем или иным видом транспорта, его уменьшение обусловило значительный рост пассажиропотоков на целом ряде направлений.

Появилась возможность перехода на тактовый график движения поездов с регулярными межпоездными интервалами (с отправлением поездов через каждые 1 ч, 30 мин и т. п.), дифференцированными в разное время суток в зависимости от интенсивности перевозок.

Высокоскоростные поезда предоставляют пассажирам повышенный уровень комфорта. Это выражается, кроме самих собою разумеющихся рациональной планировки салонов, удобных кресел для сидения, кондиционирования воздуха и т. п., еще и в возможности использовать все время поездки для работы (например, пользуясь портативным компьютером, подключаемым к специальной розетке) и отдыха (например, просматривая телевизионную трансляцию на экране в салоне вагона.

Кроме того, пассажир поезда может пройти в вагон-кафе или заказать напитки и легкие блюда с доставкой непосредственно к месту, «размяться» в коридоре и т. п. В вагонах есть также специально выделенные зоны для пассажиров, едущих семьями или деловыми группами, отделения для ухода за грудными детьми. В последнее время обязательным стало оснащение поездов устройствами, облегчающими поездку пассажирам-инвалидам. Все это повышает конкурентоспособность железных дорог на рынке пассажирских перевозок.

Расширение сети внутренних и международных высокоскоростных сообщений способствовало принятию администрациями железных дорог тарифной политики, учитывающей потребности, привычки пассажиров и оценку ими характера поездки, а также соответствие уровня цен качеству оказываемых услуг с учетом конкуренции со стороны других видов транспорта.

2. Характеристика района проектирования

Витебская область расположена на севере Беларуси в верхнем и среднем течении Западной Двины и в верхнем течении Днепра. Площадь 40,1 тыс.км2 (19,3% территории Беларуси). По территории области проходят кратчайшие железнодорожные связи между Центром России и другими районами республики, а также с Западной Европой. Отсюда идут пути в Прибалтику, на Северо-запад, в Поволжье и на Украину. Такое транспортное географическое положение области содействует её хозяйственному развитию.

Земная поверхность Витебщины в основном равнинная. В большей части по окраинам области находятся моренные возвышенности и гряды, а на юго-востоке сильно пересечённая, изрезанная оврагами северная часть Оршанско - Могилёвского плато.

В области имеются нерудные полезные ископаемые, торф, белые и жирные пластичные глины. Они встречаются повсеместно. Широко распространены силикатные и реже стекольные пески.

Почвы области большей частью дерновоподзолистые глинистые. Есть суглинистые и супесчаные разной степени подзоленности. В низинах и межгрядовых понижениях распространены торфяно-болотистые почвы, а по долинам рек - аллювиально-луговые. Изредка встречаются дюнные пески.

Климат области умеренно континентальный, влажный. Продолжительность тёплого и вегетационного периодов (соответственно 225 и 180 дней) на 25-30 дней меньше, чем на юге республики. В области самое меньшее на территории республики количество ясных дней в году и самое большое - пасмурных. Суммы среднегодовых выпавших осадков составляют 600-700мм. Среднемесячная температура тёплого периода на 1-2 градуса ниже, чем на юге республики.

Реки области (свыше 600) принадлежат к системам Западной Двинысм, Немана и Ловати. Только Западная Двина и Днепр судоходны на отдельных участках.

Леса занимают около 1/3 территории области. Наименьшая лесистость в юго-восточных и юго-западных районах.

Озёра есть в каждом районе. Общая площадь их около 100 тыс. га. Реки и озёра собирают талые и дождевые воды и препятствуют сильному заболачиванию территории.

Население Витебской области составляет около 1,4 млн. чел., или 14,4% населения Беларуси. Средняя плотность 34,6 чел. на км2. Плотность сельского населения - 16 чел. на км2. В городах живёт около 58% всего населения.

По уровню экономического развития Витебская область занимает одно из первых мест в Беларуси. Ведущей отраслью хозяйства является промышленность. Особенностью размещения крупной обрабатывающей промышленности по территории является её концентрация в 4-х центрах - Витебске, Орше, Полоцке и Новополоцке, дающих свыше 4/5 валовой продукции всей промышленности области.

Витебская область имеет густую сеть железных дорог. Протяжённость их около 1,2 тыс. км. или 30 км. на 1000км2 территории. На долю железнодорожного транспорта приходится свыше половины всего грузооборота. Важнейшие железные дороги области - это участки главных железнодорожных линий СНГ: Москва - Орша - Минск - Брест, Санкт-Петербург - Витебск - Киев, Смоленск - Витебск - Рига, Орша - Унеча - Ворожба с выходом на Харьков и в Донбасс, Бологое - Невель - Полоцк - Молодечно - Гродно. По всем этим дорогам область вывозит свою продукцию и ввозит уголь, металлы, нефть, лес, удобрения, химические волокна, целлюлозу, пряжу, другие ткани, хлеб, сахар, машины и др. Внутриобластное значение имеют железные дороги Орша - Лепель, Воропаево - Друя, Друя - Браслав - Дукастас и другие.

Около 10% в грузообороте и I место внутригородских и внутрирайонных перевозках занимает автомобильный транспорт. Протяжение автодорог области около 10 тыс. км. (250 км. на 1000км2 территории), из них 6,7 тыс. км. с твёрдым покрытием. Наибольшее значение имеют автодороги: Москва - Орша - Минск - Брест, Санкт-Петербург - Витебск - Орша - Киев - Одесса, Смоленск - Витебск - Полоцк - Одесса и другие.

Речной транспорт в грузообороте занимает небольшое место.

3. Ускоренные поезда межобластного сообщения на направлении Минск - Витебск

3.1 Основные требования

В соответствии с системным подходом к формированию последовательного плана введения ускоренных поездов межобластного сообщения, а также основными техническими разработками, выводами и рекомендациями, в данной главе произведена их практическая апробация на направлении Минск - Витебск. Основная цель -- сокращение времени пребывания пассажиров в пути до 4 - 5 часов. Обеспечение этого сокращения времени хода может быть обеспечено двумя способами:

- в результате организационно-технических мероприятий, таких, как временная отмена остановок на раздельных пунктах, дающих незначительное накопление пассажиропотока;

- в результате модернизации постоянных устройств, которая в случае необходимости включает и реконструкцию.

Первый этап включает в себя формирование исходной информации, которая заключается в необходимости выявления и анализа причин, ограничивающих скорость, а также наличия существующих остановок и времени, затрачиваемом на эти остановки. Анализ охватывает ограничения скорости, зависящие от состояния постоянных устройств, сокращение времени хода в результате снятия этих ограничений, экономию во времени хода при отмене остановок.

Выявление и анализ причин, ограничивающих скорость, осуществляется совместно со следующими службами дороги:

- пути;

Одновременно с выявлением причин, ограничивающих скорость, определяются и возможные мероприятия по их ликвидации, а также капиталовложения, необ-

ходимые для реализации мероприятий.

Исходные данные для выбора рациональной схемы остановок на существующих раздельных пунктах включают в себя:

- число существующих остановок;

Процесс сбора указанных исходных данных завершается построением диаграммы накопления пассажиропотоков.

Второй этап включает в себя производство тяговых расчетов с целью определения существующего времени хода, а также максимально-возможного сокращения времени хода при снятии всех ограничений скорости. Результаты тяговых расчетов, а именно, время хода по направлении Минск - Витебск при существующих ограничениях скорости представлены в таблице 3.1. Там же приведено время, необходимое на разгон, замедление и стоянку поездов.

Т а б л и ц а 3.1 - Время хода, разгона, замедления и стоянки на сущее ствующих раздельных пунктах

где -- сокращение времени хода при снятии всех ограничений скорости, мин;

-- сокращение времени хода при снятии ограничений С1, С2,…, Сn на один уровень в пределах расчетного периода, мин.

Смежные ограничения скорости для конкретного направления дороги являются зависимыми, если после снятия первого по ходу движения поезда, скорость движения в точке начала торможения к следующему ограничению отличается от той, которая была при действующем ограничении. В этом случае условие не выполняется.

В общем случае, как на участке с независимыми ограничениями скорости, так и на участке с зависимыми необходимо выявить оптимальную программу ликвидации ограничений скорости. Различие состоит в том, что в первом случае требуется построение кривой скорости только в пределах снимаемых ограничений, причем только один раз, так как суммарное сокращение времени хода состоит из суммы сокращений времен хода в результате устранения каждого ограничения. Такой подход значительно облегчает и упрощает задачу определения сокращений времени хода на направлениях с независимыми ограничениями скорости. На участках с взаимозависимыми ограничениями скорости требуется построение кривой скорости для всего участка, находящегося в зоне влияния данных ограничений, причем такое построение кривой V(S) может повторяться 2п раз (п - число взаимозависимых ограничений скорости. Поэтому, процесс определения выигрыша во времени при снятии взаимозависимых ограничений скорости достаточно трудоемкий.

Эти положения определяют постановку задачи: найти методы, позволяющие определить оптимальные, содержание и последовательность мероприятий для увеличения скорости поездов межобластного сообщения, в наибольшей степени учитывающие реальные условия движения поезда. Вычислительные процедуры методов должны быть компактными с тем, чтобы они могли быть реализованы на современной вычислительной технике.

5. Разработка плана введения ускоренных поездов

5.1 Теоретическое обоснование введения ускоренных поездов межобластного сообщения

Необходимым условием введения ускоренных поездов является возможность достижения времени нахождения пассажира в пути, не превышающего максимально-допустимого, принятого из условия обеспечения минимальной утомляемости организма и равного 4-5 часам в одну сторону поездки.

Выполнение этого условия может быть осуществлено по двум следующим направлениям:

- совершенствование параметров постоянных устройств за счет модернизации, в результате которой можно достичь заданное сокращение времени хода ,и которая при необходимости включает и реконструкцию;

- осуществление организационно-технических мероприятий, при которых экономия во времени достигается путем временной отмены остановок на раздельных пунктах, дающих незначительное наполнение пассажиропотока.

Впервые поставлена задача поучасткового выбора оптимальной стратегии переустройства железнодорожной линии как двойственная, где при решении прямой задачи обеспечивается заданное сокращение времени при минимальных капиталовложениях на совершенствование параметров постоянных устройств и при решении обратной задачи -- максимально возможное сокращение времени хода при ограниченных капиталовложениях.

На направлениях межобластного значения, имеющих небольшую протяженность и, как правило, большое число остановок, сокращение времени хода, достигаемое за счет совершенствования параметров постоянных устройств, не может обеспечить заданный уровень, так как длина этих направлений, как говорилось выше, небольшая, а, следовательно, и число ограничений скорости, при снятии которых сокращается время нахождения пассажира в пути, может оказаться тоже небольшим и не даст требуемого эффекта в экономии времени. Поэтому создание условий, необходимых для введения ускоренных поездов межобластного сообщения и заключающихся в обеспечении минимального времени нахождения пассажира в пути должно осуществляться комплексно за счет организационнотехни-ческих мероприятий и совершенствования параметров постоянных устройств.

При достижении экономии во времени за счет организационно-технических мероприятий путем временной отмены остановок на некоторых раздельных пунктах, проживающие там пассажиры будут испытывать определенные социальные неудобства, которые при назначении схемы остановок необходимо по возможности свести к минимуму.

5.2 Задача назначения схемы остановок ускоренных поездов межобластного сообщения

При введении ускоренных поездов межобластного сообщения для достижения необходимого сокращения времени хода tз , возможно два пути:

- в результате модернизации постоянных устройств железной дороги, направленной на снятие ограничений скорости;

- в результате организационно-технических мероприятий - временная отмена остановок на части промежуточных раздельных пунктах.

Очевидно, на I этапе введения в обращение поездов указанного типа, преимущественное сокращение времени хода будет достигаться за счет организационно-технических мероприятий, т.е. временной отмены остановок на промежуточных раздельных пунктах. Величина этого сокращения времени хода,?tост, определяется разностью между заданным и возможным сокращением, достигаемым в результате модернизации постоянных устройств в рамках выделяемых капиталовложений в течение 1-го этапа, ?tогр .Таким образом, возникает необходимость разработки модели формирования такой схемы остановок на основе существующих, при которой социальные потери были бы минимальными при условии достижения необходимого сокращения времени хода. В соответствии с вышеизложенным рассмотрим вопрос возможности достижения необходимого сокращения времени хода, tз, за счет экономии времени в результате отмены остановок.

При назначении схемы остановок немаловажное значение имеет социальный фактор, так как пассажиры, проживающие в населенных пунктах, тяготеющих к раздельному пункту, где предполагается отмена остановки, будут иметь значительные потери времени и определенные неудобства. В силу этого назначение схемы остановок ускоренных поездов межобластного сообщения должно осуществляться из следующих соображений:

- должны быть учтены социальные факторы, т.е. обеспечение максимальных удобств для пассажиров, пользующихся указанными поездами;

- обеспечение необходимого сокращения времени хода для выполнения основного условия качественного обслуживания пассажиров -- сокращение времени нахождения в пути до минимально-возможного, не превышающего 4-5 часов ;

- сохранение остановок на тех раздельных пунктах, где происходит наиболее интенсивное накопление пассажиропотока, т.е. в зоне крупных населенных пунктов с достаточно развитым промышленным и сельскохозяйственным комплексом.

С учетом вышеизложенного поставленную задачу можно сформулировать следующим образом - назначить такую схему остановок, которая при максимальном их числе обеспечила бы уровень среднеходовой скорости, при котором достигается необходимое сокращение времени хода в данном направлении.

В результате отмены остановок на раздельных пунктах сократятся эксплуатационные расходы, связанные с дополнительной механической работой подвижного состава в процессе разгона, замедления и стоянки; затраты, связанные с задержкой пассажиров в пути, находящихся в поезде; но с другой стороны увеличатся затраты, обусловленные дополнительным временем ожидания и проезда пассажиров, проживающих на отменяемом остановочном пункте. Математичес-кая модель назначения схемы остановок ускоренных поездов межобластного сообщения, предложенная в [6], состоит из отдельных элементов, определяющих вышеперечисленные факторы и характеризующих процесс в целом:

1) экономия в эксплуатационных расходах, Сост, обусловленная экономией в энергетических затратах, связанных с дополнительной механической работой, расходуемой в процессе разгона, замедления и стоянки поезда (у.е.):

, (5.1)

где Р ? число отменяемых остановок на промежуточных раздельных пунктах;

Мi ? экономия в эксплуатационных расходах, обусловленная экономией в энергетических затратах, связанных с механической работой подвижного состава в результате отмены остановки на i-том раздельном пункте, у.е..

2) экономия в затратах пассажиров, Зпас , находящихся в поезде, в результате отмены остановки на i -том раздельном пункте (у.е.) :

, (5.2)

где m ? число всех существующих остановок на рассматриваемом направлении;

aпч ? стоимость пассажиро-часа, у.е./пас-ч.;

n0 ? число пассажиров, севших в поезд на станции отправления, пас.;

ni ? число пассажиров, севших в поезд на i -том раздельном пункте, где остановка поезда сохранена, пас.;

ti(ост) ? экономия во времени в результате отмены остановки на i-том раздельном пункте, мин.

3) потери, Ппас, обусловленные дополнительным временем ожидания пассажиров отменяемого остановочного пункта более позднего поезда и дополнительным временем пребывания их в пути следования за счет различия в скоростях движения ускоренного межобластного и обычного пассажирского поезда, у.е. :

, (5.3)

где i ? дополнительное время ожидания пассажиров i-того раздельного пункта более позднего поезда в связи с отменой остановки, мин;

tсл(i ) ? дополнительное время пребывания в пути следования пассажиров от меняемого остановочного пункта, мин.

В соответствии с вышеизложенным математическую модель выбора схемы остановок можно представить в следующем виде:

, (5.4)

при условии:

, (5.5)

где ?Аi ? суммарный эффект, полученный в результате отмены некоторых остановок, у.е.;

tз(ост) ? необходимое сокращение времени хода за счет отмены остановок, мин.

Целью поставленной задачи является достижение максимального суммарного эффекта, ?Аi , при обеспечении необходимого сокращения времени хода за счет отмены остановок, tз(ост).

Для решения, т.е. выявления возможных схем остановок при небольшом числе допустимых решений принят метод перебора с ограничением, обеспечивающий строгий подход. Применение этого метода основывается на следующем:

- у критерия, в качестве которого принят суммарный эффект, ?Аi, ослаблено свойство аддитивности;

- сравнительно небольшое число возможных решений (учитывая то обстоятельство, что некоторое число остановок сохраняется, а также то, что достижение заданного сокращения времени хода отменой одной остановки не обеспечивается, а минимум ? четырьмя или пятью, число возможных решений дополнительно сокращается) ;

- данные, полученные в результате применения метода перебора с ограничением, расширяют сферу выбора для ЛПР.

На первом этапе из всех допустимых решений, полученных в результате метода перебора с ограничением, выбираются эффективные или иначе множество по Парето, на втором этапе все полученные альтернативные варианты схем остановок, удовлетворяющие требованиям заданной экономии во времени, сравнивайся между собой и из их числа выбирается одна. Выделение эффективных решений произведено путем построения доминирующей по критерию суммарного эффекта, ?А, последовательности и нахождения тех допустимых решений, у которых все критерии первого решения больше или равны соответствующим критериям второго решения, причем хотя бы один из них действительно больше. В результате такой процедуры сохраняются только эффективные (конкурентоспособные) решения, характерные тем, что ни для одного из них не существует доминирующего решения. Процедура выделения конкурентоспособных решений может быть осуществлена и графически. Для этого на плоскости строятся оси координат, соответствующие критериям, в данном случае ?А и ?tост (оба требуется максимизировать) и все допустимые решения наносятся в виде точек z1, z2,•••••zn с координатами ?А и ?tост, пронумерованные в соответствии с номером решения. Очевидно, из множества решений zn эффективными будут только решения, лежащие на правой верхней границе области допустимых решений. Для всякого другого решения существует хотя бы одно доминирующее, для которого либо ?А, либо ?tост, либо оба больше, чем для данного, и только для решений, лежащих на правой верхней границе, доминирующих не существ-ует .

Когда из множества допустимых решений выделены элективные (конкурентоспособные), осуществляется переход ко второму этапу, т.е. производится выбор в пределах этих выделенных решений.

Данная задача выбора относится к многокритериальным, для решения таких задач необходима такая стратегия, которая обеспечивала бы каждому из частных критериев возможно большее значение. Для решения поставленной задачи предлагается подход, который предполагает привлечение специалистов в данной области для выбора оптимальной схемы. Таким образом, выбор окончательного решения остается за ЛПР, в распоряжение которого представлены все необходимые данные.