Скачать презентацию Вопросы топологии сети высокоскоростных железнодорожных магистралей Тополо Скачать презентацию Вопросы топологии сети высокоскоростных железнодорожных магистралей Тополо

Топология сети ВСМ (12.05.16).pptx

  • Количество слайдов: 42

Вопросы топологии сети высокоскоростных железнодорожных магистралей Вопросы топологии сети высокоскоростных железнодорожных магистралей

Тополо гия (с др. греческого «топос» – место, «логос» – учение). Сетевая топология – Тополо гия (с др. греческого «топос» – место, «логос» – учение). Сетевая топология – способ описания конфигурации сети (начертания сети).

Прогнозирование топологии развития сети ВСМ чрезвычайно сложная задача. Для ее решения используют различные методы: Прогнозирование топологии развития сети ВСМ чрезвычайно сложная задача. Для ее решения используют различные методы: Теория графов Теория прогнозирования Теория информации Теория предпочтения Теория принятия решений Теория вероятностей Теория комбинаторики

Возможные варианты положения трассы ВСМ на направлении С. -Петербург – Москва Возможные варианты положения трассы ВСМ на направлении С. -Петербург – Москва

Условия (критерии) выбора направления и положения трассы ВСМ Условия (критерии) выбора направления и положения трассы ВСМ

Социально-экономические условия (критерии) 1. Расположение крупных городов (мегаполисов). В виду высокой стоимости сооружения 1 Социально-экономические условия (критерии) 1. Расположение крупных городов (мегаполисов). В виду высокой стоимости сооружения 1 км ВСМ, магистральная линия должна стремиться к кратчайшей длине.

2. Населённость «опорных пунктов» (городов-миллионников) и промежуточных городов (численность населения, уровень рождаемости, плотность населения 2. Населённость «опорных пунктов» (городов-миллионников) и промежуточных городов (численность населения, уровень рождаемости, плотность населения и др. ). 3. Опыт зарубежных стран показывает, что агломерации, тяготеющие к ВСМ должны иметь численность населения порядка 25 млн. чел. Япония (данные на 2014 год) площадь страны: 378 тыс. км 2 численность населения: 127 млн. чел. плотность населения: 336, 3 чел. на км 2

Российская Федерация (данные на 2014 год) площадь страны: 17 млн. км 2 численность населения: Российская Федерация (данные на 2014 год) площадь страны: 17 млн. км 2 численность населения: 145 млн. чел. плотность населения: 8, 4 чел. на км 2

Фрагмент полигона сети железных дорог Западной и Центральной части России, города-миллионники Фрагмент полигона сети железных дорог Западной и Центральной части России, города-миллионники

4. Степень застройки промежуточных населенных пунктов(известно, что плотная городская застройка диктует необходимость выноса ж. 4. Степень застройки промежуточных населенных пунктов(известно, что плотная городская застройка диктует необходимость выноса ж. д. линии за черту города).

5. Перспективы социально-экономического развития городов и близлежащих районов (величина валового регионального продукта, доходы населения, 5. Перспективы социально-экономического развития городов и близлежащих районов (величина валового регионального продукта, доходы населения, перспективы развития делового и туристического бизнеса в городах и регионах, подвижность населения и др. ). ? $

6. Опыт зарубежных стран показывает, что суммарный пассажиропоток, перераспределяемый между авиасообщением, автотранспортом, существующими железнодорожными 6. Опыт зарубежных стран показывает, что суммарный пассажиропоток, перераспределяемый между авиасообщением, автотранспортом, существующими железнодорожными линиями и ВСМ должен быть не менее 10 млн. чел. в год. Размеры пассажирских перевозок определяют доходы от эксплуатации ВСМ и степень конкурентоспособности по сравнению с другими видами транспорта.

Примечание: на некоторых рассматриваемых направлениях ВСМ могут включать скоростные ж. д. участки, а также Примечание: на некоторых рассматриваемых направлениях ВСМ могут включать скоростные ж. д. участки, а также смешанное ж. д. движение. 7. Экономически целесообразный пассажиропоток ВСМ должен составлять порядка 5 -6 млн. чел. в год (при этом большое значение имеет структура пассажиропотока).

8. Связь проектируемой линии с другими путями сообщения. 8. Связь проектируемой линии с другими путями сообщения.

Россия Сооружение трансъевропейской высокоскоростной железнодорожной системы (из 18 -ти коридоров) с единой базой технических Россия Сооружение трансъевропейской высокоскоростной железнодорожной системы (из 18 -ти коридоров) с единой базой технических стандартов - основное направление развития современного ж. д. транспорта в Европе сегодня.

ВСМ в Китае (около 11, 2 тыс. км построено; 7, 6 тыс. км сооружается ВСМ в Китае (около 11, 2 тыс. км построено; 7, 6 тыс. км сооружается в настоящее время; 3, 8 тыс. км запланировано построить).

Единый высокоскоростной транспортный коридор «Шелковый путь» ? Единый высокоскоростной транспортный коридор «Шелковый путь» ?

9. Согласование с федеральными, региональными и территориальными органами власти (например, согласование с органами власти 9. Согласование с федеральными, региональными и территориальными органами власти (например, согласование с органами власти могут потребовать изменения положения линии даже на последующих этапах проектирования). !

Политические условия (критерии) 1. Престиж страны (современные технологии). 2. Поддержка на государственном уровне (как Политические условия (критерии) 1. Престиж страны (современные технологии). 2. Поддержка на государственном уровне (как финансовая, так и политическая). 3. Отказ от традиционного вида топлива в странах ЕС, переход к «чистому топливу» (электричество, водород, природный газ). 4. Проведение культурно-массовых мероприятий (Олимпиада, Чемпионат Мира, Саммит и др. ).

Природные условия (критерии): топографические, геологические, гидрологические, климатические, сейсмические и т. д. Природные условия (критерии): топографические, геологические, гидрологические, климатические, сейсмические и т. д.

Экологические условия (критерии) 1. Ценные сельскохозяйственные угодья, особо охраняемые природные территории. 2. Шумовое воздействие Экологические условия (критерии) 1. Ценные сельскохозяйственные угодья, особо охраняемые природные территории. 2. Шумовое воздействие от движения поездов. 3. Пути миграции редких и ценных животных.

Технические условия (критерии): 1. Максимальная коммерческая скорость. 2. Величина руководящего уклона (35 -40‰ при Технические условия (критерии): 1. Максимальная коммерческая скорость. 2. Величина руководящего уклона (35 -40‰ при V=350 км/ч). 3. Минимальный радиус кривой (7000 м при V=350 км/ч, 10000 м при V=400 км/ч). 4. Величина междупутья на перегонах (4500÷ 5000 мм). 5. Величина возвышения наружного рельса (150÷ 200 мм). 6. Характеристики подвижного состава. 7. Другие.

Методы прогнозирования топологии сети ВСМ. Практическое применение. Методы прогнозирования топологии сети ВСМ. Практическое применение.

Теория графов Теория прогнозирования Теория информации Теория предпочтения Теория принятия решений Теория вероятностей Теория Теория графов Теория прогнозирования Теория информации Теория предпочтения Теория принятия решений Теория вероятностей Теория комбинаторики

Теория графов Теория прогнозирования Теория принятия решений Теория информации Теория вероятностей Теория предпочтения Теория Теория графов Теория прогнозирования Теория принятия решений Теория информации Теория вероятностей Теория предпочтения Теория комбинаторики

Математическая модель сети, теоретические основы решения задачи формирования сети ВСМ (теория графов, исследования ДИИТ, Математическая модель сети, теоретические основы решения задачи формирования сети ВСМ (теория графов, исследования ДИИТ, Украина) Предпосылки создания сети В качестве математической модели сети выбран неориентированный граф, и поставлена задача векторной оптимизации. Для оценки рациональности сети были приняты два показателя: С(Е) – стоимость создания сети ВСМ, Т(Е) – время пребывания пассажира в пути, где Е – некоторая сеть ВСМ. Тогда задача оптимизации может быть записана в следующем виде: Кривую Т(С) можно использовать двояко: - если задано Т 0, то получаем минимально необходимые вложения С 0; - если имеются только капитальные вложения С 1, то можно определить минимальное значение Т 1.

Моделирование сети высокоскоростных линий графом G(V, E) Для графа G(V, E): V – перечень Моделирование сети высокоскоростных линий графом G(V, E) Для графа G(V, E): V – перечень вершин графа (перечень городов); E – перечень ребер графа (перечень железнодорожных путей между рассматриваемыми городами). Также граф G(V, E) обладает еще одним важным свойством – связность графа (т. е. какие бы две вершины на графе не взяли, всегда существует путь между ними).

Кратчайшее расстояние между вершинами i и j существенно зависит от перечня ребер Е. Существует Кратчайшее расстояние между вершинами i и j существенно зависит от перечня ребер Е. Существует несколько алгоритмов определения минимального пути сети (алгоритм Флойда, алгоритм Дейкстры). Для сети украинских железных дорог использовался пакет Maple V, который позволяет при заданном графе G(V, E) и матрице расстояний между вершинами строить кратчайшие расстояния с помощью определенных операций. Применяя теорему множеств, была установлена зависимость между количеством городов, которые находятся в зоне тяготения, и количеством возможных эффективных вариантов ВСМ в Украине. При включении в высокоскоростную сеть 18 городов было получено 138 эффективных вариантов сети линий высокоскоростного движения пассажирских поездов. На основе этих расчетов было отобрано пять вариантов топологии сети ВСМ Украины для последующего детального сравнения.

Варианты рационального размещения сети высокоскоростных железных дорог в Украине (результаты исследований ДИИТ, 2004 г. Варианты рационального размещения сети высокоскоростных железных дорог в Украине (результаты исследований ДИИТ, 2004 г. )

Теория графов Теория прогнозирования Теория принятия решений Теория информации Теория вероятностей Теория предпочтения Теория Теория графов Теория прогнозирования Теория принятия решений Теория информации Теория вероятностей Теория предпочтения Теория комбинаторики

Математическая модель пассажиропотока, теоретические основы решения задачи формирования сети ВСМ (регрессионный анализ, теория принятия Математическая модель пассажиропотока, теоретические основы решения задачи формирования сети ВСМ (регрессионный анализ, теория принятия решений) Топология сети ВСМ Изучение особенностей пассажиропотока Вопрос топологии сети ВСМ требует решения целого ряда задач. Одной из важнейших, особенно в начальный период формирования сети ВСМ в стране, является изучение особенностей формирования и перераспределения во времени пассажиропотока. Поэтому необходимой становится разработка математической модели, на основе которой можно прогнозировать перспективный пассажиропоток в зоне, тяготеющей к ВСМ, и с дополнительным учётом ряда важнейших критериев обосновать выбор железнодорожных участков, перспективных для организации высокоскоростного движения пассажирских поездов. Математическая модель перспективного пассажиропотока ВСМ Дополнительный учет ряда важнейших критериев оценки перспективности ВСМ Формирование участков и направлений, перспективных для сооружения ВСМ

Математическая модель пассажиропотока Разработана математическая модель пассажиропотока железнодорожного и авиационного видов транспорта, основанная на Математическая модель пассажиропотока Разработана математическая модель пассажиропотока железнодорожного и авиационного видов транспорта, основанная на использовании выявленных зависимостей его величины от исследуемых социально-экономических факторов. Что позволяет анализировать показатели пассажирской работы на существующих конкурентоспособных видах транспорта и производить оценку активности взаимодействия агломераций в районах, тяготеющих к ВСМ

Исследуемый полигон состоит из трех направлений: Москва – Санкт-Петербург Москва – Казань Москва – Исследуемый полигон состоит из трех направлений: Москва – Санкт-Петербург Москва – Казань Москва – Адлер Результат расчета по математической модели прогноза пассажиропотока железнодорожного и авиационного видов транспорта Фактический пассажиропоток

Пассажиропоток, млн. чел. Выявлены тенденции изменения пассажиропотока между конкурентоспособными видами транспорта: поездами Пассажиропоток, млн. чел. Выявлены тенденции изменения пассажиропотока между конкурентоспособными видами транспорта: поездами "Сапсан" и авиасообщением на направлении Москва – Санкт-Петербург до 2018 года. 5. 0000 Прогноз перераспределения пассажиропотока между авиасообщением и поездами "Сапсан" 4. 0000 3. 0000 2. 0000 1. 0000 0. 0000 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Годы Пассажиропоток поездов "Сапсан", млн. чел. Пассажиропоток авиатранспорта, млн. чел. Анализ тенденций роста пассажиропотока поездов "Сапсан" и авиатранспорта на направлении Москва – С. -Петербург Пассажиропоток, млн. чел. Вид транспорта на 2010 г. на 2013 г. Поезд "Сапсан" 1, 860 3, 157 Авиасообщение 2, 279 2, 965 Прогноз пассажиропотока на 2018 год, млн. чел. Темп прироста пассажиропотока за период с 2010 по 2013 гг. , % с 2010 по 2018 гг. , % 4, 984 69, 7 168, 0 4, 058 30, 1 78, 1

Для обоснования этапности перспективности сети высокоскоростных магистралей необходим учет большого числа факторов, показателей и Для обоснования этапности перспективности сети высокоскоростных магистралей необходим учет большого числа факторов, показателей и критериев, что требует использования методов многокритериальной оптимизации. Решение многокритериальной задачи - один из подходов к решению задачи топологии сети ВСМ.

ОЦЕНКА СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА Оценка социально-экономического потенциала исследуемых железнодорожных участков базируется на методе ОЦЕНКА СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА Оценка социально-экономического потенциала исследуемых железнодорожных участков базируется на методе "гравитационного взаимодействия между объектами" и основана на предположении, что сила взаимодействия Gij пропорциональна произведению показателей Pi и Pj объектов i и j и обратно пропорциональна квадрату расстояния между объектами L 2 ij: i Gij j Lij Для решения поставленной задачи в качестве объектов анализа были выбраны города и регионы, тяготеющие к предполагаемой высокоскоростной магистрали, а в качестве оценок их социально-экономического потенциала взаимодействия друг с другом приняты «гравитационные критерии» , основой которых являются: 1 пассажиропоток железнодорожного транспорта между городами в пределах рассматриваемого участка; 2 численность населения, характеризующая общую активность взаимодействия между городами в пределах рассматриваемого участка; 3 населённость гостиниц, характеризующая «туристическую» активность между городами в пределах рассматриваемого участка; 4 валовой региональный продукт, характеризующий «деловую» активность между городами в пределах рассматриваемого участка.

R 2 = 0. 9264 7000 R 2 = 0. 9346 6000 График зависимости R 2 = 0. 9264 7000 R 2 = 0. 9346 6000 График зависимости пассажиропотока от величины «гравитационных критериев» (общей активности взаимодействия , туристической и деловой активности) R 2 = 0. 7691 5000 4000 3000 2000 1000 Величина «гравитационного критерия» 0 0. 00 20. 00 40. 00 60. 00 80. 00 100. 00 120. 00 140. 00 160. 00 общую "Гравитационный критерий", характеризующий "численную" активность между городами в пределах рассматриваемого участка "Гравитационный критерий", характеризующий туристическую активность между городами в пределах рассматриваемого участка "Гравитационный коэффициент", характеризующий деловую активность между городами в пределах рассматриваемого участка С. -Петербург - Москва-Владимир Москва-Н. Новгород Москва-Чебоксары Москва-Казань Владимир-Н. Новогород Владимир-Казань Н. Новгород-Чебоксары Н. Новгород-Казань Чебоксары-Казань Москва-Липецк Москва-Воронеж Москва-Ростов-на-Дону Москва-Краснодар Москва-Сочи Липецк-Воронеж Липецк-Ростов-на-Дону Липецк-Краснодар Липецк-Сочи Воронеж-Ростов-на-Дону Воронеж-Краснодар Воронеж-Сочи Ростов-на-Дону-Красно. . . Ростов-на-Дону-Сочи Краснодар-Сочи Пассажиропоток, тыс. чел. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА «ГРАВИТАЦИОННОЙ» АКТИВНОСТИ МЕЖДУ ГОРОДАМИ В ПРЕДЕЛАХ РАССМАТРИВАЕМЫХ УЧАСТКОВ В РАСЧЕТНОМ ПОЛИГОНЕ 8000 Результат расчета оценки социальноэкономического потенциала железнодорожных участков в расчетном полигоне

ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА Для решения поставленной задачи в качестве критериев оценки техникоэкономического потенциала железнодорожных ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА Для решения поставленной задачи в качестве критериев оценки техникоэкономического потенциала железнодорожных участков были выбраны: 1 время в пути по высокоскоростной железнодорожной магистрали; экономия времени в пути по высокоскоростной железнодорожной магистрали по 2 сравнению с существующей железнодорожной линий; критерий, характеризующий удельные капитальные затраты на перемещение 3 одного пассажира, вычисляемый по формуле: Для определения численных значений критериев были взяты в качестве исходных данных: 1) максимальная скорость движения поездов (250, 300, 350, 400 км/ч); 2) маршрутная скорость движения поездов (193, 232, 270, 309 км/ч), величины маршрутных скоростей приняты, в среднем, ниже максимальной скорости на 22, 7% согласно анализу зарубежных источников; 3) протяженность линии; 4) время в пути по существующей железнодорожной линии; 5) стоимость сооружения 1 км выделенной высокоскоростной железнодорожной магистрали (представлена в виде функции зависимости стоимости сооружения 1 км ВСМ от скорости движения высокоскоростных поездов 250, 300, 350, 400 км/ч, согласно анализу стоимостей строительства 1 км 35 зарубежных ВСМ). Стоимость сооружения 1 км ВСМ, млн. долл. где C(V) - стоимость сооружения ВСМ в зависимости от скорости движения поездов; РL – объем пассажирской работы на участке. График зависимости стоимости строительства 1 км ВСМ от скорости 50. 0 R 2 = 0. 8978 40. 0 30. 0 20. 0 10. 0 250 300 Скорость движения, км/ч 350 400

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЭТАПНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА ИЛИ РЕКОНСТРУКЦИИ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ В РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЭТАПНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА ИЛИ РЕКОНСТРУКЦИИ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ В РАСЧЕТНОМ ПОЛИГОНЕ Исследуемый полигон Участок № 1 Санкт-Петербург - Москва Участок № 4 Москва - Воронеж Участок № 5 Нижний Новгород - Казань Участок № 2 Москва - Нижний Новгород Участок № 6 Ростов-на-Дону - Краснодар Участок № 3 Краснодар - Сочи Участок № 7 Воронеж - Ростов-на-Дону