XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Управление движением тысяч поездов в реальном времени на разветвленной сети, где задержка одного состава может вызвать каскадный сбой по всей стране, представляет собой одну из самых сложных задач в области операционного менеджмента и киберфизических систем. Единая сетевая автоматизированная система управления перевозочным процессом (ЕС АСУ) является ответом на этот вызов, представляя собой не просто программное обеспечение, а целую экосистему, которая в режиме 24/7 согласовывает противоречивые интересы перевозчиков с физическими ограничениями инфраструктуры, обеспечивая безопасность, пунктуальность и эффективность. В основе ее философии лежит переход от управления отдельными участками и станциями к управлению потоками на уровне всей сети, где локальное решение всегда подчинено глобальной оптимизации. Это цифровая нервная система железных дорог, непрерывно перерабатывающая терабайты данных о местоположении поездов, состоянии путей, стрелок, контактной сети, заявках перевозчиков и внешних факторах, чтобы синтезировать из них единственно возможный в каждый момент времени бесконфликтный и эффективный план движения.

Архитектура современной ЕС АСУ является многоуровневой и гибридной, сочетающей централизацию для стратегического планирования с распределенностью для тактического исполнения и отказоустойчивости. На вершине иерархии находится Центр управления перевозками (ЦУП) или сеть региональных ЦУПов, где функционирует ядро системы – модуль интеллектуального планирования. Это «мозг» комплекса, который оперирует моделью всей сети (цифровым двойником) на горизонте от нескольких часов до суток. На этом уровне происходит согласование коммерческих заявок, формирование ниточного графика, распределение пропускной способности (capacity allocation) и решение стратегических оптимизационных задач, например, минимизация общих задержек или расхода энергии. Следующий уровень – это центры управления диспетчерских кругов (ДЦУ), которые получают от ЦУП фрагмент утвержденного плана на подконтрольный участок и отвечают за его тактическую реализацию в реальном времени. Именно здесь происходит непосредственное взаимодействие с системами диспетчерской централизации (ДЦ), микропроцессорной централизации (МПЦ) и с поездами через системы железнодорожной радиосвязи (GSM-R). Диспетчер через интерфейс ЕС АСУ видит не статичную картинку, а динамическую модель, где поезда движутся в соответствии с планом, а система заблаговременно подсвечивает потенциальные проблемы. Нижний, полевой уровень – это сама инфраструктура: компьютеризированные стрелки, датчики схода осей (ДСОУ), устройства железнодорожной автоматики, которые передают телеметрию и исполняют команды. Важнейший архитектурный принцип – это переход от монолитных систем к микросервисной архитектуре, где каждый функциональный модуль (планировщик, диспетчерский интерфейс, система оповещения, анализатор сбоев) работает как независимая служба, обмениваясь данными через стандартные API. Это обеспечивает гибкость, масштабируемость и, что критически важно, отказоустойчивость: при падении одного микросервиса остальные могут продолжать работу в деградированном режиме.

Сердцем ЕС АСУ являются алгоритмы динамического планирования и разрешения конфликтов. Идеальный, заранее составленный график движения начинает «рассыпаться» с первой же задержки. Задача системы – непрерывно, с циклом в несколько минут или даже секунд, пересчитывать план, устраняя возникающие конфликты. Конфликт – это ситуация, когда двум или более поездам требуется один и тот же эксклюзивный ресурс (участок пути, стрелочный перевод, путь станции) в один и тот же момент времени. Алгоритмы управления этими конфликтами работают на нескольких принципах. Во-первых, это система раннего предупреждения, которая на основе прогнозного моделирования движения обнаруживает потенциальную коллизию за 30, 60 или 90 минут до ее возникновения, когда еще есть пространство для маневра. Во-вторых, это автоматизированное ранжирование поездов по приоритетам, которые определяются не только категорией (высокоскоростной, скорый, грузовой, пригородный), но и комплексными факторами: критичностью задержки для стыковок, коммерческой значимостью груза, количеством уже накопленного опоздания. На основе этого ранжирования система строит дерево возможных решений: поезду с более низким приоритетом может быть предложено снизить скорость для увеличения интервала, проследовать по обгонному пути, занять другой путь на станции или даже сделать техническую остановку на боковом пути для пропуска встречного или попутного приоритетного состава. Все эти варианты оцениваются по сложному целевому функционалу, учитывающему общее время задержек, расход энергии, износ инфраструктуры. Наиболее эффективный с точки зрения системы вариант предлагается диспетчеру в виде рекомендации, которую тот может утвердить одним кликом. В наиболее продвинутых реализациях, на строго контролируемых полигонах (например, для метрополитена или сортировочных станций), система может работать в полностью автоматическом режиме, отдавая команды на выполнение маршрутов напрямую в микропроцессорные централизации без участия человека, оставляя за диспетчером роль контролера.

Что происходит при сбое – это ключевой вопрос, определяющий надежность всей транспортной системы. ЕС АСУ проектируется с учетом принципа graceful degradation (поэтапной деградации), то есть способности терять функционал, не допуская катастрофического коллапса. Сбои можно классифицировать по уровням. Сбой на уровне объекта (например, отказ датчика на перегоне) – наиболее частый случай. Система переходит в режим осторожного управления: участок переводится на более жесткий режим (например, вместо автоблокировки вводится телефонные средства связи), информация о неисправности фиксируется, а планировщик начинает учитывать это ограничение, перераспределяя потоки. Сбой на уровне сегмента (отказ сервера ДЦУ или системы связи с участком) является критическим. В этом случае управление переходит на локальные резервные посты или даже на децентрализованное ручное управление с места, а ЕС АСУ для этого участка переходит в режим пассивного наблюдения, насколько это позволяет связь, продолжая управлять смежными участками. Самый тяжелый сценарий – это сбой центрального модуля планирования в ЦУПе. Здесь вступает в действие георезервирование: практически мгновенно (по технологиям типа live migration) вся вычислительная нагрузка переносится на резервный дата-центр, расположенный за сотни километров, при этом диспетчеры на местах могут даже не заметить переключения, продолжив работу с теми же интерфейсами. Процедуры восстановления после сбоя также автоматизированы. После устранения неисправности система не просто возобновляет работу, а запускает процедуру ресинхронизации: она сравнивает текущее реальное состояние сети (положение всех поездов, установленные маршруты) со своей внутренней моделью, ликвидирует расхождения и затем плавно, поезд за поездом, начинает возвращать движение к оптимальному графику, минимизируя неизбежные при этом возмущения. Таким образом, ЕС АСУ – это не статичный планировщик, а живой, адаптирующийся организм, способный не только предотвращать хаос, но и эффективно восстанавливать порядок после неизбежных сбоев, что и делает возможным надежное управление тысячами поездов одновременно в условиях постоянно меняющейся реальности.

Список литературы

1. Воронов, А. А. Автоматизированные системы управления на железнодорожном транспорте: принципы построения и функционирования / А. А. Воронов, С. В. Григорьев. — М.: Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2020. — 487 с.

2. Григорьев, С. В. Интеллектуальные системы управления перевозочным процессом: от АСУ к цифровому полигону / С. В. Григорьев // Транспорт: наука, техника, управление. — 2021. — № 12. — С. 34–42.

3. Железнодорожная кибернетика: Теория и практика построения сетевых АСУ / Под общ. ред. П. А. Иванова. — СПб.: ПГУПС, 2019. — 612 с.

4. Концепция построения Единой сетевой системы управления перевозками (ЕССУП) на инфраструктуре ОАО «РЖД». — М.: ОАО «РЖД», 2018. — 89 с.

5. Кудрявцев, В. Г. Алгоритмы конфликтно-безопасного планирования движения в условиях неопределенности / В. Г. Кудрявцев, М. П. Семенов // Информационные технологии в управлении. — 2022. — № 4. — С. 18–29.