Исследование функционирования метрополитена
методом имитационного моделирования

Р. Г. Гиниятуллин (Казань)
 

В течение многих лет шло обсуждение целесообразности и необходимости строительства Казанского метро. Преодолев множество преград и строительных проблем, Казанское метро строится. Безусловно, что к 1000-летию будет завершена первая очередь.

В связи с этим возникла необходимость разработки инструментальных средств позволяющих решить задачи оценки оптимальности тех или иных организационных и управленческих решений при функционировании метро.

Основным математическим аппаратом, на который опирались авторы при исследовании, являются методы имитационного моделирования, математической статистики и планирования экспериментов.

Выделим основные задачи исследования:

·      анализ влияния интенсивности пассажиропотоков на загрузку метрополитена и возможные организационные способы устранения очередей в часы «пик»;

·      исследования различных вариантов расписаний движения поездов;

·      исследования влияния надежности работы оборудования на пропускную способность системы;

·      анализ введения различных организацонных структур на станциях – количество и расстановка турникетов, расстановка ограждений управляющих направлением потоков пассажиров, введение и отмена льготного проезда;

·      экономическая оценка функционирования метро;

·      проверка работоспособности служб метрополитена в чрезвычайных ситуациях – резкое увеличение пассажиропотока, выход из строя значительного количества оборудования, резкое снижение энергоснабжения, то есть рассмотрение самых различных экстремальных ситуаций.

Упрощенно систему метрополитена можно представить как систему массового обслуживания, где:

-     входной поток пассажиров на станции случаен и подчиняется некоторому статистическому закону распределения;

-     проезд пассажира до нужной станции представляет собой поэтапное его обслуживание службами метрополитена – пропуск на станцию, спуск по эскалатору, ожидание поезда на перроне, посадка, поездка до нужной станции, выход или пересадка на другую линию с повторений всех действий;

-     в результате выходной поток пассажиров на станциях также случаен;

-     каждый пассажир приносит доход метрополитену в виде стоимости проезда, а функционирование метро – это расходы.

В модели учитываются стоимостные аспекты всех расходов. И поэтому совокупность доходов и расходов позволяет судить об экономических показателях работы метро.

Аналитическими методами решить данную задачу невозможно, так как придется прибегнуть к достаточно серьезным допущениям, что не позволит выполнить поставленные задачи исследования. Реально работающим и практически апробированным аппаратом решения поставленной задачи является имитационное моделирование. Авторы в своих исследованиях опирались на возможности и средства языка имитационного моделирования GPSS. Была построена экспериментальная имитационная модель, представляющая собой линию метрополитена, включающую десять станций. Для удобства работы с моделью была разработана управляющая оболочка. Работа оболочки основана на управлении информационными потоками, как входными, так и выходными.

Начальная настройка параметров управляющей оболочки производится с помощью диалогового окна, в котором пользователь задаёт начальные параметры модели,– временные и экономические показатели (см. рис. 1). Эти данные представляют собой входной поток информации и сохраняются в потоковые файлы. Перед началом работы модель предварительно проводит настройку своих параметров, считывая данные из потоковых файлов. Подобная организация интерфейса приложения позволила переложить большую часть операций, связанных с корректировкой входных параметров, с пользователя на оболочку.

 

 

Рис. 1. Ввод данных в модель

  В программе модели задействованы элементы языка моделирования низкого уровня (PLUS):

-          для более динамичной работы использованы PLUS-процедуры (PROCEDURE), которые обладая простым определением, позволяют значительно сократить объём программы;

-          встроенные процедуры языка PLUS: используются для организации работы с файлами потоков, а также для организации сеанса работы в пакетном режиме, осуществляют функции интерфейса передачи данных между моделью и программой-оболочкой.

На рис. 2 приведена структура организации движения метропоездов и пассажиров в имитационной модели.  

Рис. 2. Структура организации движения метропоездов и
пассажиров в имитационной модели

Во время работы модели происходит динамический сбор информации, необходимой пользователю. По окончании работы модели эти данные сохраняются в выходной потоковый файл, а затем, после обработки в приложении, представляются пользователю в виде таблиц, графиков и анимации, созданной с помощью прикладного пакета Proof Animation.