Читать книгу Organizacja ruchu kolejowego - Marianna Jacyna - Страница 7

Pojęcie systemu wykorzystywane jest zazwyczaj do definiowania zagadnień, które są ujmowane kompleksowo. Różnorodność znaczeń pojęcia system sprawia, że w literaturze przedmiotu spotyka się wiele jego określeń i definicji, które nie zawsze są identyczne. Charakterystyczną cechą tych określeń jest to, że ścisłość definicji jest tym większa, im dotyczy węższej klasy systemów.

Na ogół system definiuje się jako pewną funkcjonalną całość, która składa się z takiej liczby elementów pozostających ze sobą w ściśle ustalonych powiązaniach (relacjach), która jest niezbędna do tego, by całość ta pełniła przypisane jej funkcje [58], [79], [66]. Niezbędna liczba elementów jest warunkiem koniecznym, ale niewystarczającym do definicji systemu. Funkcjonalna całość musi zawierać również tyle relacji, ile jest wymaganych do pełnienia przez nią określonych funkcji.

System jest więc odwzorowaniem właściwości elementów obiektu i powiązań między elementami (właściwościami elementów) z punktu widzenia zdefiniowanego celu badań. Oznacza to, że system to obiekt „wyodrębniony” z rzeczywistości, którego opis ma postać relacji określonych na zbiorze wyróżnionych w obiekcie elementów, jak również relacji wiążących elementy obiektu z otoczeniem.

Wychodząc z założenia, że system to wyszczególnienie zbioru elementów oraz zbioru relacji określonych na jego elementach, to jego strukturę można przedstawić w postaci uporządkowanej pary [60].

,

(2.1)

gdzie:

A – zbiór wyróżnionych elementów w obiekcie (a_i to wyróżniony element o numerze i):

(2.2)

Zakładamy, że każdy element systemu charakteryzuje się określonymi, kwantyfikowalnymi cechami, a zatem element a_i opisany jest wektorem cech o składowych w_i^k; k=1, …, p_i, tj.

Z założenia cechy elementu są kwantyfikowalne, co oznacza, że w_i^k jest liczbą określająca wartość k-tej cechy i-tego elementu, natomiast p_i jest liczbą wyróżnionych cech i-tego elementu systemu.

W dalszych rozważaniach wyróżniony element systemu utożsamiany będzie z jedną z wyróżnionych jego cech.

R – zbiór relacji określonych na elementach systemu oraz niektórych elementach systemu i otoczeniu (R_j to relacja o numerze j określona na iloczynie kartezjańskim elementów ze zbioru obiektów A):

,

(2.3)

przy czym R_j rozumiane jest jako relacja określona na zbiorze cech elementów zbioru A. Z powyższego wynika, że określone są powiązania między elementami zbioru A systemu S, istotne ze względu na cel badań.

Zbiór relacji określonych na elementach systemu zależy od celu lub celów, jakie system realizuje. Przedmiotem rozważań prowadzonych w niniejszej książce jest organizacja ruchu kolejowego, dlatego ważne jest przybliżenie zagadnienia w ujęciu systemowym.

W ujęciu teoretycznym system transportu kolejowego należy do klasy systemów wielkich, który w zależności od kryteriów można klasyfikować ze względu na przedmiot przewozu, co daje klasę systemów kolejowych przewozów pasażerskich i towarowych, oraz ze względu na zasięg realizowanych przewozów, co daje klasę kolejowych przewozów podmiejskich, dalekobieżnych, krajowych i międzynarodowych itp.

Elementami kolejowego systemu transportowego związanymi z procesem przemieszczania są obiekty infrastruktury, a więc linie kolejowe (drogi kolejowe), budowle inżynierskie itp. oraz obiekty suprastruktury, tj. pociągi.

Definiując system transportowy, można powiedzieć, że są to obiekty (elementy systemu) biorące udział w procesie przemieszczania osób i (lub) ładunków (z wyjątkiem obiektów będących przedmiotem transportu) i obiekty związane z procesem przemieszczania. Do systemu transportowego kolejowego należą zatem takie elementy jak: sieć kolejowa, tabor (pociągi), stacje obsługi ruchu towarowego oraz stacje i przystanki osobowe, jak również urządzenia zabezpieczenia ruchu (urządzenia sterowania ruchem) wraz z przepisami bezpieczeństwa i kontroli ruchu. Nie można pominąć również osób pracujących na rzecz poprawnego funkcjonowania systemu transportowego (tzw. załogi systemu) [58].

W aspekcie interoperacyjności w systemie transportu kolejowego można wyróżnić elementy strukturalne oraz funkcjonalne (patrz rozdz. 2.2), co w ujęciu systemowym można zapisać jako uporządkowaną trójkę:

,

(2.4)

gdzie:

PTK_S – zbiór podsystemów strukturalnych transportu kolejowego,

PTK_F – zbiór podsystemów funkcjonalnych transportu kolejowego,

RSF – zbiór relacji występujących między tymi podsystemami funkcjonalnymi.

Zgodnie z definicją interoperacyjności w zbiorze podsystemów strukturalnych wyróżnia się:

IN – podsystem Infrastruktura,

EN – podsystem Energia,

ST – podsystem Sterowanie,

TB – podsystem Tabor

oraz relacje RS wiążące współdziałanie poszczególnych podsystemów. Wykorzystując teorie systemów, podsystem systemów strukturalnych transportu kolejowego PTK_S można zapisać następująco:

(2.5)

Podobnie w zbiorze podsystemów funkcjonalnych wyróżnia się podsystemy, takie jak:

RK – podsystem Ruch kolejowy,

AT – podsystem Aplikacje telematyczne,

UT – podsystem Utrzymanie

oraz relacje RF wiążące współdziałanie poszczególnych podsystemów. Wykorzystując teorie systemów, podsystem systemów strukturalnych transportu kolejowego PTK_F można zapisać następująco:

(2.6)

Z punktu widzenia rozważań prowadzonych w niniejszej książce istotną rolę odgrywają podsystemy strukturalne: Infrastruktura IN oraz Tabor TB oraz podsystemy funkcjonalne: Ruch kolejowy RK oraz Utrzymanie UT. Należy zauważyć, że między tymi podsystemami występuje wiele relacji. Elementy podsystemu Tabor TB poruszają się po elementach podsystemu Infrastruktura IN. Aby elementy podsystemu TB mogły płynnie i bezpiecznie poruszać się po elementach podsystemu IN, niezbędne jest wdrożenie wielu reguł dotyczących podsystemu Ruch kolejowy RK; prawidłowo powinny być realizowane czynności będące przedmiotem podsystemu Utrzymanie UT.

Podsystem Infrastruktura IN to zbiór odpowiednich elementów i relacji między nimi. Wyróżnia się elementy punktowe, tj. węzły sieci kolejowej (stacje kolejowe i inne punkty ekspedycyjne, patrz rozdz. 3.2), oraz elementy liniowe, tj. połączenia między punktami ekspedycyjnymi, np. odcinki linii kolejowej. Z uwagi na wcześniejsze rozważania poszczególne elementy systemu charakteryzowane są odpowiednio różnymi cechami (charakterystykami). W ujęciu systemowym podsystem infrastruktury transportu kolejowego można zapisać jako uporządkowaną czwórkę:

,

(2.7)

gdzie:

W – zbiór numerów punktów eksploatacyjnych sieci kolejowej (w tym przede wszystkim punktów odpraw pasażerów/ ładunków),

L – zbiór połączeń (odcinków linii kolejowej) między węzłami sieci kolejowej,

FW – charakterystyki punktów eksploatacyjnych, np. stacji (przepustowość, zdolność przetwórcza itp.),

FL – charakterystyki odcinków linii kolejowej (np. długość, prędkość maksymalna, przepustowość itp.).

W podsystemie Infrastruktura IN istotne znaczenie w prawidłowej organizacji ruchu kolejowego ma nie tylko infrastruktura liniowa (patrz rozdz. 3.1) czy punktowa (patrz rozdz. 3.2), lecz także informatyczna: wszelkie środki przekazu, środki wymiany danych i środki zabezpieczające ich przepływ.

Korzystając z teorii grafów, strukturę systemu transportu kolejowego można zapisać jako G = 〈W, L〉, gdzie W elementy punktowe zapisane są następująco:

,

(2.8)

przy czym W jest liczbą wyróżnionych w punktów eksploatacyjnych, a i i stanowią numery tych punktów na sieci kolejowej.

Natomiast L elementy liniowe zapisane są następująco:

(2.9)

Jak wskazano w rozdz. 3.1, punkty eksploatacyjne funkcjonujące na sieci kolejowej zasadniczo dzielą się na dwa rodzaje: posterunki ruchu i punkty ekspedycyjne (patrz rys. 3.2). Z punktu widzenia konstrukcji rozkładu jazdy istotne są jeszcze inne punkty eksploatacyjne, które nie są ani posterunkami ruchu, ani punktami ekspedycyjnymi (patrz rozdz. 3).

Ogólnie klasyfikacji punktów eksploatacyjnych funkcjonujących na sieci kolejowej można dokonać, korzystając z teorii grafów. Przy założeniu, że na zbiorze W zostało zadane odwzorowanie pe przeprowadzające elementy tego zbioru w elementy zbioru {0, 1, 2},

przy czym:

– jeżeli pe(i) = 1, wówczas element o numerze i () ma interpretację posterunku ruchu,

– jeżeli pe(i) = 2, wówczas element o numerze i () ma interpretację punktu ekspedycyjnego,

– jeżeli pe(i) = 0, wówczas element o numerze i () należy do innej grupy punktów eksploatacyjnych, tzw. konstrukcyjnych (patrz rozdz. 3.2).

Z uwagi na powyższe, można zdefiniować zbiór:

– numerów posterunków ruchu występujących na sieci kolejowej, tj.

(2.10)

– numerów punktów ekspedycyjnych występujących na sieci kolejowej, tj.

(2.11)

– numerów pozostałych punktów eksploatacyjnych, tzw. technicznych, występujących na sieci kolejowej, tj.

(2.12)

Ze względu na organizację ruchu istotne znaczenie mają posterunki ruchu, wśród których wyróżnia się posterunki następcze i pomocnicze. Posterunki ruchu następcze w istocie służą do ustalenia następstwa ruchu pociągów. Mogą być: zapowiadawcze, bocznicowe i odstępowe (patrz rozdz. 3.2). Z punktu widzenia rozważań prowadzonych w niniejszej pracy ważne są posterunki zapowiadawcze, wśród których wyróżnia się stacje i posterunki odgałęźne.

Uwzględniając wprowadzona wcześniej notację, zbiór numerów stacji występujących na sieci kolejowej można zapisać następująco:

(2.13)

W strukturze sieci kolejowej drugim ważnym elementem są linie kolejowe, które składają się ze szlaków, odcinków i posterunków ruchu (patrz rozdz. 4.1). Definicję, interpretację oraz funkcje wyszczególnionych elementów liniowych sieci kolejowej przedstawiono w rozdz. 3. Ze względu na rozważania przedstawione w dalszych rozdziałach niezbędne jest zdefiniowanie zbioru numerów linii kolejowych w ujęciu teorii grafów.

Oznaczając indeksem lk numer pojedynczej linii kolejowej, zbiór LK numerów linii kolejowych dla całej sieci można zapisać następująco:

(2.14)

gdzie LK jest liczbą linii kolejowych.

Ponieważ szlak to część linii kolejowej między dwoma sąsiednimi posterunkami zapowiadawczymi (lub posterunkiem zapowiadawczym a końcowym punktem linii), korzystając z zależności (2.10), zbiór numerów SZL szlaków można zapisać następująco:

(2.15)

Natomiast zbiór numerów szlaków należących do danej linii kolejowej można zapisać następująco: dla każdej linii kolejowej, tj. , zapisuje się:

(2.16)

Poszczególne punkty eksploatacyjne oraz połączenia kolejowej sieci transportowej opisane są zborami charakterystyk FW i FL. Charakterystyki te można podzielić na następujące grupy:

– charakterystyki zapotrzebowania na przewóz – opisują wielkość przepływu pasażerów i ładunków lub pociągów obciążających poszczególne elementy, które zależeć będą od pełnionych przez te elementy funkcji w systemie transportu kolejowego,

– charakterystyki techniczne – przede wszystkim przepustowość, prędkość przemieszczania oraz możliwości przerobowe poszczególnych punktów pośrednich.

– charakterystyki ekonomiczne – przede wszystkim koszty realizacji zadań przewozowych.

Wśród parametrów infrastruktury liniowej, które mają wpływ na procesy przepływu pasażerów i ładunków w sieci transportowej, można wyróżnić m.in.:

– prędkości konstrukcyjne i maksymalne umożliwiające określenie w zależności od doboru rodzaju taboru, środków trakcyjnych, ciężaru i oporów ruchu – tzw. przejazdów teoretycznych i na ich podstawie ustalenie:

▪ czasu przejazdu na określonym wektorze grafu,

▪ przepustowości na poszczególnych wektorach grafu,

– dopuszczalne naciski na oś,

– dopuszczalne wymiary skrajni ładunkowej ograniczające wymiary ładunków, które mogą być przemieszczane,

– parametry geometryczne trasy (pochylenia podłużne, promienie łuków).

Natomiast wśród parametrów infrastruktury punktowej można wyróżnić:

– przepustowość węzłów (maksymalną liczbę pociągów, które jednocześnie mogą być obsługiwane w węźle),

– powierzchnię składowania i dopuszczalny nacisk na podłoże,

– czas przejścia pasażera lub ładunku przez węzeł,

– koszt przejścia pasażera lub ładunku przez węzeł,

– nośność urządzeń ładunkowych.

Parametry te mogą ulec zmianie zarówno w przypadku modernizacji i rozbudowy danego elementu infrastruktury liniowej bądź punktowej, jak i bieżącej jego eksploatacji. Znając parametry infrastruktury linowej i punktowej można dokonać oceny m.in.:

– możliwości przewozu pasażera lub ładunku po danej trasie i poprzez dane węzły,

– czasu i kosztu przewozu pasażera lub ładunku po danej trasie i poprzez dane węzły.

Szczegółowe zapisy charakterystyk istotnych z punktu widzenia organizacji ruchu kolejowego wprowadzono w kolejnych rozdziałach w zależności od analizowanego problemu.