Оптимизация потоков транспортной сети

Транспортная сеть:

Для наиболее полного представления о функционирования транспортной сети, рассмотрели ее на всех этапах функционирования: организация, планирования и непосредственное УВД. Каждый этап состоит их совокупности процессов, выполнение которых связано с решением множества отдельных задач, делящихся на ряд операций.

Первый  этап. Организация систем транспортной сети.

Этап организации является важнейшим этапом функционирования системы УВД. Решения всевозможных проблем на данном этапе впоследствии оказывают влияние на главные показатели функционирования всей системы. Решаются проблемы деления ВП, размещения РТС, определяются размеры и конфигурация определенного объема ВП.

На этапе организации  была разработана модель транспортной сети, представляющая собой ориентированный  граф, построенный на основе исходных данных. Была задана интенсивность  ВД и был присвоен вес ребрам, который означает их пропускную способность. Необходимо отметить, что данный орграф построен так, чтобы избежать пересечения  ребер (для обеспечения безопасности), в реальной транспортной сети это  практически неосуществимо.

Также на этапе организации  были найдены маршруты, по которым  может производиться движение воздушных  судов. Таких маршрутов восемь. Эти  маршруты имеют разную пропускную способность  и длину. На этапе планирования будут рассмотрены эти маршруты и будет определен наивыгоднейший маршрут в соответствии с различными критериями оценки.

Второй  этап. Рациональное планирование воздушного движения.

На этапе планирования решаются такие задачи, как распределение  ВС по имеющимся маршрутам в соответствии с критериями оптимизации потока в транспортной сети, такие как  безопасность, экономичность, регулярность, которые определяют эффективность  ИВП.

Рассчитаем длину маршрутов  транспортной сети. Будем исходить из значений минимальных интервалов продольного эшелонирования в случае, когда ВС следуют друг за другом на одном эшелоне (высоте). Этот интервал равен 30 км.

Самый короткий путь - [s,2,3,t] -  является и самым безопасным (не имеет пересечений с другими маршрутами следования ВС). Но этот маршрут обладает сравнительно низкой пропускной способностью. Несмотря на это, принимаем путь [s,2,3,t] за наивыгоднейший. Самый длинный путь - [s,5,7,t] – обладает наибольшей пропускной способностью, его использование выгодно, но не вполне безопасно, т.к. имеются пересечения этого маршрута с двумя другими: [s,7,t] и [s,5,4,t] в пунктах 7 и 5 соответственно.

Так как эффективность  использования воздушного пространства складывается из безопасности ВД, регулярности ВД и экономичности, то можно декомпозировать  её на составляющие  и рассматривать  каждый критерий эффективности по отдельности.

Данная транспортная сеть удовлетворяет критерию безопасности. Задействованы четыре маршрута, из которых три имеют общий участок  пути. Неиспользование одного из этих путей увеличит безопасность ВД, но экономичность будет значительно  снижена. Выбирая вариант из числа  нехудших, остановимся на задействовании всех выбранных в расчетной части маршрутов.

Интенсивность ВД ни на одном  участке не превышает пропускную способность (соблюдена безопасность). С учетом того, что фактическая  плотность не будет  превышать  располагаемую, не будет задержек рейсов, нарушений в расписании движения ВС, и, следовательно, не будет нарушаться регулярность ВД. Время нахождения ВС в зоне будет минимальным.

Исходя из полученного  решения данной задачи, можно сделать  вывод, что данная транспортная сеть задействована не полностью. Поток  ВС распределен только лишь по нескольким маршрутам. Это маршруты:

   [s,2,3,t]  =2 BC

   [s,5,4,t]  = 2 ВС

   [s,7,t]  = 8 ВС

   [s,5,7,t]  = 3 ВС

Маршрут    [s,7,t]  является маршрутом с наибольшей пропускной способностью. По этому маршруту  поток 8 ВС. Исходя из критерия безопасности, нехудшим вариантом является маршрут    [s,2,3,t]. Маршруты    [s,5,4,t]   и [s,5,7,t]   имеют общий участок пути, расположенный  между вершинами 1 и 5 орграфа( модель транспортной сети). Маршруты    [s,7,t]  и [s,5,7,t]   также имеют общий участок пути. Увеличение эффективности использования транспортной сети возможно только при использовании маршрутов, имеющих общие участки пути. Участки с небольшой пропускной способностью не дают возможности использовать транспортную сеть по максимуму. Это такие участки, как[3-6],[4-6].

Вершина 8 данного орграфа  не имеет никаких других соединений, кроме как с вершиной 7. Этот участок  не является звеном какого-либо маршрута.  Таким образом, нерационально использовать данный участок [7-8] для полетов ВС из S в t.   Поэтому, рассматривая всевозможные пути из S в t, участок [7-8] задействован не был. Необходимо отметить, что пункт 8 данной транспортной сети может быть использован как запасной пункт. Например, привязывая данную модель транспортной сети к реально существующей транспортной сети, пункт 8 может быть запасным аэродромом или обходным пунктом в случае грозы, так как имеет достаточно “удобное” положение между S и t (вдоль маршрута [s,7,t] ).

Необходимо отметить, что  пропускная способность этой сети зависит  от пропускной способности всех её элементов, так как можно рассмотреть  транспортную сеть как систему, состоящую  из множества связанных между  собой элементов. Например, минимальная  пропускная способность участков трасс [4-6] и [3-6], равная 2 ВС,  как раз ограничивает возможность всей системы.

 Из-за таких элементов  недопустимо использовать более  эффективно возможности других  участков, таких как [1-2], [5-4], [5-7], которые  обладают высокой пропускной  способностью.  Другими ограничениями  по пропускной способности могут  быть: объем ВП, используемый для  полетов ВС, использование РТС  и “пропускные способности”  диспетчера(оператора), которые обычно являются главным элементом, ограничивающим пропускную способность транспортной сети.

Как результат, на этапе планирования был найден общий потенциал сети – 15 ВС.