پیاده‌سازی کنترل نظارتی یک ایستگاه راه آهن به منظور تامین و تایید ایمنی و عدم برخورد قطارها

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکده مهندسی راه آهن دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی راه‌آهن،‌ دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله، مدلسازی یک ایستگاه بوسیله‌ شبکه‌های پتری به منظور اعمال کنترل نظارتی ارائه گردیده است. در این راستا، یک نمایش یکپارچه از شبکه‌های راه‌آهن که شامل خط، سوزن و ایستگاه است، ارائه شده است. قطارهای عادی و سریع‌السیر در مدل در نظر گرفته شده در دو جهت حرکت می‌کنند. مدت زمان سیر بلاک با توجه به طول بلاک، سرعت و شتاب حرکت قطارها و با فرض شیب صفر درهزار استخراج شده است. برای مدلسازی ایستگاه مورد نظر، تعداد بلاک‌ها متناسب با تعداد سوزن‌ها، سکوی اصلی ایستگاه، مسیرهای کنارگذر و  مسیرهای ورود به ایستگاه در نظر گرفته شده است. سپس هر بلاک در شبکه پتری معادل با یک مکان در نظر گرفته می‌شود. این مکان‌ها بوسیله کمان‌هایی به گذرها، مرتبط اند، به طوری‌که، کمان‌ها نشان‌دهنده جهت جریان ترافیک و گذرها نماینده وضعیت اشغال بلاک‌ها توسط قطار در هر لحظه هستند. یکی از الزامات بهره‌بردای خط، عدم برخورد با قطار روبه‌رو است.  در این راستا، حالات غیرقانونی مربوط به حرکت قطارها برای شبکه معرفی شده است و با کنترل نظارتی‌های مربوطه این حالات از شبکه حذف گردیده‌اند. هم‌چنین به منظور کنترل زمانی قطارها در هنگام عبور چندین کنترل نظارتی دیگر نیز طراحی و مدل زمانبندی یک ایستگاه ارائه شده است. در نهایت با ایجاد حفره‌های زمانی در هنگام سبقت قطار سریع‌السیر از قطار نرمال در شبکه، ‌نشان داده می‌شود که می‌توان به مجموعه برنامه زمانبندی قابل تحقق با در نظر گرفتن ملاحظات عملی سیگنالینگ دست یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Supervisory Control of a Railway Station for Providing and Verifying Safety and Avoidance of Trains Collision

نویسندگان [English]

  • Bahman Ghorbani Vaghei 1
  • vahide nasr 2
1 Assistant Professor, Department of Railway Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
2 MSc. Student, Department of Railway Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, we deal with the problem of modeling railway network as a discrete event system using Petri nets in such a way that the theory of supervisory control may be applied to automatically control the signaling system. We provide a unified representation of railway networks in terms of stations and tracks, Normal trains and high-speed trains whose moving is in two directions and safety requirements in the model. The main specification such as running time per block, velocity and acceleration of the movement of trains is derived assuming zero slope in railway line. Places in petri net represent rail resources (the block) and tokens represent trains where is in the place means the railway block is busy. The supervisory control is implied in the model in based on railway line usage requirement included safety and non-stopping. In order to analyzing the safety and uninterrupted movement of trains, the illegal states is introduced for timed colored petri nets (TCPN). Creating timed holes in the network, it can be achieved the optimal scheduling. Then, the supervisory control not only should remove the respective states from the network but also it should control the train time scheduling result in several supervisory control per places (the blocks). The advantage of this method is the guarantee of safety without any rescheduling in operational level.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Discrete Event Modeling
  • Supervisory Control
  • Safety and Deadlock Analysis
-Braaksma, A. (2008)  ”Deadlock problems in Railway scheduling”. Traineeship at School of Mathematics and Statistics, University of South Australia, Adelaide

 - Cassandras, C. G. and Lafortune, S. (2009) “Introduction to discrete event system”, Springer Science & Business Media.

 - Cui, Yong (2010) “Simulation-based hybrid-model for a partially-automatic dispatching of railway operation”, Dissertation, Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen der Universität Stuttgart.
 -Durmuş, M. and Söylemez, M. (2010) “Signalization and interlocking design for a railway yard: A supervisory control approach by enabling arcs,” in The 7th International Symposium on Intelligent and Manufacturing Systems.
 -Durmuş, M., Akın, K and  Söylemez, M. (2010) “Supervisory control approach by inhibitor arcs for signalization and interlocking design of a railway yard,” No. June, pp. 21–24.
 - Fang, W. Sun, J., Wu, X. and Yao, X. (2013) “Re-scheduling in railway networks,” in Computational Intelligence (UKCI), 2013 13th UK Workshop on, 2013, pp. 342–352.

 -Fanti, M., Giua, A. and Seatzu, C. (2006)”Monitor design for colored petrinets: An application to deadlock prevention in railway networks” Control Engineering Practice, Vol.14, No. 10, pp.1231-1247.

 -Guia, A. Seatzu (2008) ”Modeling and supervisory control of railway networks using Petri nets”  , IEEE , Tran, Vol. 5 , pp. 431-445.
 -Havender, J. W. (1968) “Avoiding deadlock in multitasking systems”, IBM SYST 2S. pp.74-84
 - Hei, X., Takahashi, S. and Nakamura, H. (2006) “Distributed interlocking system and its safety    verification”, Proc. of the 6th. World Congress on Intelligent Control and Automation, June 21-23, Dalian, China
 -Ismaili, F. (2005) "Blocking of a new technique for reducing headways and increasing the capacity   of Garlic", the Seventh Conference of Rail Transport, Sharif University, May.
 -Min,W. and Jun-Wei., Q. (2012) “Properties of train traffic flow in a moving block system,” Chinese Phys. B, Vol. 21, No. 7, p. 70502. Haag,Holland, pp. 6216-6219
 -Moen, A. and Hagalisletto, C. (2004)”Large scale construction of rail-road models from specifications” in Proceedings, IEEE int.conf.sys-
 -Pachl, J. “Deadlock avoidance in railroad operations simulations”, Transportation Research Board in Washington DC, 23-27 Jan
2011, Paper No. 11-0175
 
-Petersen, E. R. and Taylor, A. J. (1983) “Line block prevention in rail line dispatch and simulation models”, Information Systems and Operations Research, Vol. 21, No. 1, pp. 46-51.
 -Ren, X. and  Zhou, M. (1995) “Tactical scheduling of rail operations: a Petri net approach”, 1995 IEEE Int. Conf. Syst. Man Cybern. Intell. Syst. 21st Century, Vol. 4.
 -Rozenberg, G.  and Reisig, W. (1998) “Lectures on Petri Nets I: Basic Models,” Springer
 -Reveliotis, A. (2000) ”Conflict resolution in AGV systems “ , IIE Transactions, Vol.  32, No. 7, pp. 647-659.
 - Seçkin, M. (2013) “The application of automation theory to railway signaling systems: The Turkish National Railway Signaling Project”, Control Engineering Department, Istanbul Technical University, TR-34469, İstanbul, Turkey.
 -Xun , J.,  Ning, B., Li, K. and Zhang, W. (2013) “The impact of end-to-end communication delay on railway traffic flow using cellular automata model,” Transp. Res. Part C Emerg. Technol., Vol. 35, pp. 127–140
 -Wang, P., Goverde, S. and Wang, Q. (2016)  “Rescheduling trains using Petri nets and heuristic search”, IEEE Transactions. Intell. Transp. Syst., Vol. 17, No. 3, pp. 726–735.
 -اشکی، م. (1395) " مدل سازی و اجرای کنترل نظارتی با استفاده از شبکه‌های پتری رنگی بر روی سیستم سیگنالینگ ریلی"، پایان نامه کارشناسی ارشد زیر نظر دکتر بهمن قربانی واقعی، دانشکده مهندسی راه‌آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران.
 
-قربانی واقعی، ب. و عباسی، م. (1393) "مدلسازی و تحلیل شبکه ریلی قطارهای عادی و سریع السیر مبتنی بر شبکه پتری "، فصلنامه علمی و پژوهشی مهندسی حمل و نقل، سال پنجم، شماره سوم، ص. 361-380.
-قربانی واقعی، ب. و اشکی، م. (1396) " مدل سازی و اجرای کنترل نظارتی با استفاده از شبکه‌های پتری رنگی بر روی سیستم سیگنالینگ ریلی"، فصلنامه علمی و پژوهشی مهندسی حمل و نقل، پذیرفته شده برای چاپ 1396.
-عباسی، م. (1391) " مدل سازی وکنترل نظارتی یک سیستم خط بسته ریلی با استفاده از شبکه پتری"، پایان نامه کارشناسی ارشد زیر نظر دکتر بهمن قربانی واقعی، دانشکده مهندسی راه‌آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران