автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Выбор оптимальных параметров системы освоения потоков пассажиров, багажа и грузобагажа на сети железных дорог Российской Федерации

На правах рукописи

САВЕЛЬЕВ МАКСИМ ЮРЬЕВИЧ

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОСВОЕНИЯ ПОТОКОВ ПАССАЖИРОВ, БАГАЖА И ГРУЗОБАГАЖА НА СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

05.22.08 — Управление процессами перевозок

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

8 АПР 2015

Москва-2015

005566939

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» МГУПС (МИИТ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Пазойский

Юрий Ошарович

Официальные оппоненты: Ефименко Юрий Иванович, доктор технических

наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I», кафедра «Железнодорожные станции и узлы», профессор

Абрамов Александр Анатольевич, кандидат технических наука, доцент, открытое акционерное общество «Научно-

исследовательский и проектно-

конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (ОАО «НИИАС»), отделение эксплуатации железных дорог, начальник отделения

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщений», г. Самара

Защита состоится 28 апреля 2015 г., в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 218.005.07 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте МГУПС (МИИТ), www.miit.ru.

Автореферат разослан «17» марта 2015 г.

Ученый секретарь /

диссертационного совета ^ V Горелик Александр Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования определяется необходимостью развития пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте, играющих важную роль в транспортном развитии страны.

Необходимость совершенствования системы планирования пассажирских перевозок продиктована, в первую очередь, изменением принципов организации пассажирских перевозок вследствие реформирования структуры железнодорожного транспорта. Попытка перехода к рыночной конкуренции в сфере пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте пока не дала результатов и на сегодняшний день в пассажирских перевозках дальнего следования, по сути, существует только один перевозчик, «Федеральная пассажирская компания». При этом создана платформа для развития и привлечения новых «игроков» на рынок пассажирских транспортных услуг в сфере железнодорожного транспорта. Развитие транспортной системы страны привело к высокой конкуренции со стороны других видов транспорта, и, на сегодняшний день, для привлечения пассажиров на какой-либо вид транспорта необходимо иметь существенные преимущества перед конкурентами. В связи с этим система планирования пассажирских перевозок должна удовлетворять ряду условий: в первую очередь, обеспечивать максимально возможное удовлетворение спроса на перевозки при учете наличного парка подвижного состава; во-вторых, обеспечивать достаточную скорость перевозки пассажиров (в данном случае железнодорожный транспорт не может конкурировать по скорости доставки с авиатранспортом, однако может предложить альтернативные и в ряде случаев более привлекательные условия перевозки, например ночные перевозки, которые являются более комфортабельными для пассажиров по сравнению с авиатранспортом и так далее); в-третьих, реализовывать беспересадочное сообщение основного потока пассажиров по маршрутной сети, что приведет к снижению оттока пассажиров на другие виды транспорта; в-четвертых, обеспечивать необходимый уровень комфортабельности перевозки пассажиров.

Зачастую в конкурентной среде «гонка за лидерство» приводит к тому, что компании для привлечения новых клиентов начинают работать себе в убыток. В связи с этим система планирования должна основываться не только на клиентоориентированных принципах построения маршрутной сети, но и на повышении рентабельности перевозки. Поэтому система планирования должна обеспечивать эффективное использование подвижного состава, что приведет к сокращению затрат перевозчика на его содержание и организацию процесса перевозки.

Кроме того, за пассажирским перевозчиком на железнодорожном транспорте закреплено право организации перевозки багажа и грузобагажа как в составе пассажирских поездов, так и отдельными поездами с пассажирской скоростью (почтово-багажные поезда). Поэтому система планирования пассажирских перевозок должна объединять между собой, по сути, разные виды перевозок: багажные, грузобагажные и пассажирские. Перевозка багажа и грузобагажа является отдельным источником доходов для. перевозчика, и пренебрегать данным видом деятельности нельзя. Необходимо создать единую систему планирования потоков пассажиров багажа и грузобагажа и тем самым избежать лишних расходов, повысить эффективность использования подвижного состава, а также доход от пассажирских перевозок.

Степень научной разработанности темы. Вопросы планирования пассажирских перевозок с точки зрения повышения их конкурентоспособности, эффективности использования подвижного состава, сокращения затрат являются ключевыми для перевозчика. Большой практический и научный вклад в области планирования и организации пассажирских и багажных перевозок внесли работы Б.Ф. Андреева, H.A. Батуриной, Д.В. Глазкова, Ф.С. Гоманкова, С.С. Жаброва, Ф.П. Кочнева, Е.А. Макаровой, A.C. Начученко, В .Я. Негрея, O.A. Никитина, Ю.О. Пазойского, О.Н. Пановой, Е.В. Покацкой, A.M. Рудых, Н.В. Правдина, В.А. Федорова, В.Г. Шубко и др.

Целью диссертационного исследования является разработка научно-методических основ системы освоения потоков пассажиров, багажа и грузобагажа на сети железных дорог при обеспечении беспересадочного сообщения пассажиропотоков заданного уровня и удовлетворении спроса на места в вагонах разных типов.

Задачи исследования, для достижения поставленной цели сводятся к следующему: проанализировать существующие методы расчета плана формирования пассажирских и почтово-багажных поездов и определить возможности их развития и совершенствования; разработать комплексный подход к решению задачи выбора оптимальных параметров системы освоения потоков пассажиров, багажа и грузобагажа на сети железных дорог на основе создания математических моделей: расчета плана формирования пассажирских поездов при обеспечении заданного уровня беспересадочных сообщений корреспонденции пассажиропотока; расчета плана формирования пассажирских поездов при сегментированных корреспонденциях пассажиропотока по спросу на места в вагонах разных типов при фиксированных схемах составов поездов, а также при их определении в процессе расчета; расчета плана формирования

пассажирских поездов при колебаниях пассажиропотока во времени; освоения потоков багажа и грузобагажа на сети железных дорог.

Объектом исследования является организация пассажирских перевозок на сети железных дорог.

Предмет исследования - план формирования пассажирских и почтово-багажных поездов на сети железных дорог.

Научная новизна исследования заключается в разработке новых научно-обоснованных технологических решений по совершенствованию системы освоения потоков пассажиров, багажа и грузобагажа, в том числе:

- построении математических моделей расчета плана формирования пассажирских поездов при: обеспечении заданного уровня беспересадочного сообщения пассажиров, которая в качестве исходной информации использует данные о корреспонденциях пассажиропотоков, что позволяет достичь прозрачности их освоения на всех стадиях решения задачи (в отличие от известных методов расчета плана формирования пассажирских поездов, которые используют в качестве исходной информации густоты пассажиропотоков); сегментированных корреспонденциях пассажиропотока по спросу на места в вагонах разных типов, которая дает возможность определять схемы составов пассажирских поездов в соответствии со спросом пассажиров на места, вследствие чего рационально распределять подвижной состав по сети железных дорог; колебаниях пассажиропотока во времени, которая позволяет сократить потребность в подвижном составе и повысить качественные показатели работы пассажирских поездов;

- создании методов организации потоков багажа и грузобагажа, которые дают возможность перевозчику оценить эффективность назначения прицепных групп багажных и грузобагажных вагонов к пассажирским поездам, а также необходимость назначения грузобагажных поездов;

- разработке методики освоения потоков пассажиров, багажа и грузобагажа для проведения совместного расчета плана формирования пассажирских и почтово-багажных поездов.

Теоретическая и практическая значимость диссертационного исследования заключается в возможности применения сформулированных теоретических подходов для расчета размеров движения как на выделенном ( полигоне железных дорог, так и в целом производить расчет плана формирования пассажирских поездов на сети железных дорог. Результаты диссертационного исследования использованы АО «ФПК» при разработке плана формирования пассажирских поездов на полигоне Северной железной дороги Москва -

Архангельск - Воркута на 2014 год. Предложенные методы, алгоритмы, а также инструментарий рассмотрены в компании и приняты к внедрению.

Методология и методы проведенного исследования основываются на: анализе и научном обобщении опыта в области планирования и организации пассажирских, багажных и грузобагажных перевозок, методах математической статистики, теории вероятности, математического моделирования транспортных потоков, линейного и целочисленного программирования.

Положения, выносимые на защиту: математическая модель расчета плана формирования пассажирских поездов при обеспечении заданного уровня беспересадочного сообщения пассажиров; математические модели расчета плана формирования пассажирских поездов при сегментированных пассажиропотоках по спросу на места в вагонах разных типов; математическая модель расчета плана формирования пассажирских поездов с учетом колебаний пассажиропотоков во времени, а также их неравенства в прямом и обратном направлениях; математическая модель оптимизации потоков багажа и грузобагажа на железнодорожном транспорте; комплексная методика расчета плана формирования пассажирских поездов для различных условий эксплуатации.

Степень достоверности и апробация результатов исследования.

Достоверность исследований и научных результатов подтверждается корректностью исходной информации о перспективных пассажиропотоках, применением современного математического аппарата, а также сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Основные положения диссертационной работы и научные результаты, полученные автором, докладывались и получили одобрение на международной конференции «Математическое моделирование, оптимизация и информационные технологии» (Кишинев, 2009), на двенадцатой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, 2011), на международной научно-практической конференции «Подготовка и переподготовка кадров - основа обеспечения безопасности на железнодорожном транспорте» (Кишинев, 2013).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в шести печатных изданиях, в том числе три работы в журналах, рекомендованных в действующем перечне ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и 1 приложения. Общий объем работы 170 страниц, в том числе 39 таблиц и 37 рисунков. Список литературы включает 63 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, поставлена цель и сформулированы основные задачи, отражена научная новизна, теоретическая и практическая значимость, положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ современного состояния и основные пути развития системы освоения потоков пассажиров, багажа и грузобагажа на железнодорожном транспорте» на основе проведенного анализа практического опыта и научных разработок в области функционирования и развития пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте определены направления дальнейших исследований: разработка математических моделей расчета плана формирования пассажирских поездов на основе перспективных корреспонденции пассажиропотока, что прояснит картину освоения пассажиропотоков и создаст возможность освоения одной и той же корреспонденции поездами различных маршрутов; выполнить декомпозицию сетевой задачи расчета плана формирования пассажирских поездов на ряд задач полигонного уровня; введение требования, обеспечивающего выполнение беспересадочных сообщений для основного потока пассажиров, которое повысит качество и комфортабельность пассажирских перевозок и конкурентоспособность железнодорожного транспорта; сегментирование спроса пассажиров на места в вагонах разных типов; учет колебаний пассажиропотоков во времени.

Анализ научных работ, выполненных в области организации перевозок багажа и грузобагажа, показывает, что актуальную задачу расчета плана формирования почтово-багажных поездов необходимо решать в комплексе с задачей расчета плана формирования пассажирских поездов, учитывая возможность перевозки багажа и грузобагажа группами прицепных вагонов в составе пассажирских поездов.

Во второй главе «Методы расчета плана формирования пассажирских поездов при обеспечении беспересадочного сообщения» разработана методология расчета плана формирования пассажирских поездов при обеспечении беспересадочного сообщения для различных условий эксплуатации.

Беспересадочное сообщение в пассажирских перевозках играет ключевую роль при разработке плана формирования пассажирских поездов. Расчет следует проводить на основе информации о перспективных корреспонденциях пассажиропотоков. Это дает возможность учесть необходимость обеспечения беспересадочного сообщения для основного потока пассажиров, и как в частности, для всех корреспонденции пассажиропотока.

Условие обеспечения беспересадочного сообщения должно устанавливать равенство между величиной корреспонденции пассажиропотока и общим количеством пассажиров данной корреспонденции, следующих в поездах различных назначений без пересадки в пути следования:

1

п( = ^ ЬцУц; VI, (1)

где Г1, - величина /-ой корреспонденции пассажиропотока, пасс.;

Уу - количество пассажиров /'-ой корреспонденции пассажиропотока, следующих в поездеу'-го назначения, пасс.; уг;- > 0, целое; J- общее количество поездных назначений.

Г1, если станции зарождения и погашения ¿ — ой корреспонденции ¿>1/ ~ | пассажиропотока входят в маршрут поездау — го назначения;

10, в противном случае.

Кроме того, требуется выполнить условие освоения корреспонденции пассажиропотока для каждого участка расчетной сети:

I

5цкУц ^ Ък^Хр V;; V к, (2)

2'

1=1

где X] - количество поездов j - го назначений, х1 > 0, целое; о; - вместимость поезда] - го назначения; 1- общее число струй пассажиропотока;

^ _ Г1. ■ еслипоезду — го назначения следует по ^ — муучастку; 'к [0, в противном случае;

'1, если станции зарождения и погашения £ —ой корреспонденции пассажиропотока входят в маршрут поезда ] — го назначения, <5//к = проходящий через к — ый участок, и участок находится между станциями зарождения и погашения I — ой корреспонденции; Д в противном случае.

Оптимальное решение задачи определяется из условия:

у

Р = т1П' (3)

7=1

где - эксплуатационные затраты, приходящиеся на поезд у'-го назначения, которые включают в себя расходы на поездную и вагонную составляющие.

Результаты расчетов плана формирования, выполненных для направления, содержащего четыре станции возможного формирования или оборота поездов, представлены в таблице 1.

Расчеты показывают рациональное использование вместимости пассажирских поездов при обеспечении беспересадочного сообщения пассажиров.

Таблица 1 - Матрица распределения пассажиров по поездным назначениям

Число поездов за расчетный период х,^=\11 х 1-3=9 о

Коэф. использования вместимости 0,97 | 0,94 0,92 - - -

Корреспонденция пассажиропотока Распределение пассажиропотоков по поездам

Пи=700 700 - - - - -

П1 .з=6000 4616 1384 - - - -

П,.2=10000 3000 5906 1904 - - -

П2^=3000 3000 - - 0 - -

П2.З=5000 0 5000 - 0 0 -

Пзл=4000 4000 - - 0 - 0

При этом математическая модель позволяет выполнять условие обеспечения беспересадочного сообщения как для всего пассажиропотока, так и для отдельных корреспонденции, а также смоделировать пересадки пассажиров на конкретных станциях. Это важный фактор при планировании перевозок на больших перегонах, где располагаются крупные города и транспортно-пересадочные узлы. Решение данной задачи позволит перераспределить пассажиропотоки, разгрузить транзитные пункты. Кроме того, организация пассажиропотоков с пересадками на станциях с транспортно-пересадочными комплексами, инфраструктура которых с комфортом позволяет поменять вид транспорта или пересесть на другой поезд, позволит улучшить качество перевозок.

Одним из важнейших требований к качеству пассажирских перевозок является требование по выполнению заданного уровня спроса на места в вагонах разных типов. В этом случае в математическую модель расчета плана формирования пассажирских поездов при обеспечении беспересадочного сообщения и сегментировании пассажиропотоков должны быть включены следующие условия:

■ - условие обеспечения беспересадочного сообщения пассажиров, которое определяется требованием включения корреспонденции сегментированного пассажиропотока в маршрут следования хотя бы одного поездного назначения:

1 Ч+с,'

П1Ч=2 ^ 51пуцЯ1; VI; Уд, (4)

/=1 ¡=<1-Я

где П;ч - число пассажиров г'-ой корреспонденции пассажиропотока, предпочитающих следовать в вагонах q-тo типа;

Учч1 ~ число пассажиров /-ой корреспонденции пассажиропотока, следующих в поездах /-го назначения, предпочитающих ехать в вагонах д-го типа, но следующих в вагонах 1-го типа;

!1, если станции зарождения и погашения I — ой корреспонденции пассажиропотока входят в маршрут) — го поездного назначения, а в его составе есть вагоны I — го типа;

О, в противном случае

Диапазон изменения числа пассажиров, следующих в вагонах /-го типа необходимо ограничить (д — а < 1< ц + а'), так как не все типы мест являются взаимозаменяемыми, например, пассажиры плацкарта в случае нехватки мест не будут переходить в вагоны СВ, Люкс и выше, и наоборот, пассажиры СВ не поедут в плацкарте. На сегодняшний день на железнодорожном транспорте имеется большой выбор типов мест, классифицируемых как по комфортности, так и по скорости движения, поэтому для каждого полигона а и а' необходимо определять индивидуально;

- условие обеспечения спроса на места в вагонах разных типов заключается в том, что число пассажиров, для которых будет удовлетворяться спрос, должно

быть не меньше заданного уровня:

у

(5)

где (х>1 - коэффициент, определяющий заданный уровень обеспечения спроса для г-го пассажиропотока; изменяется от 0 до 1.

При расчете плана формирования пассажирских поездов при сегментированных корреспонденциях пассажиропотока по типу мест с фиксированными схемами составов поездов их населенность может быть ниже допустимого уровня. Поэтому для данной модели необходимо предусмотреть возможность определения их схем составов;

- условие освоения пассажиропотоков в этом случае будет иметь вид:

; о

й^уу,, ^У; V I; V к, (6)

(=1 <1=1

где V'¡I - число вагонов /-го типа У-го поездного назначения; а/ — количество мест в вагоне /-го типа;

- условие определения схемы состава поезда заключается в том, чтобы установить соотношение между максимально возможным количеством вагонов для определенного поездного назначения и общим количеством вагонов различных типов в поездах данного назначения:

<з

(т^-О)^. у/, (7)

1=1

где (т^1ах — О) — расчетное максимальное число вагонов в составе поезда с учетом погрешности округления; 2 - общее количество типов вагонов;

mjlax — заданное максимальное число вагонов в составе поезда.

Критерием оптимальности для данной модели будет прибыль перевозчика. При этом доходом от перевозки будет суммарная выручка от продажи билетов, а расходом - эксплуатационные затраты на поездную (CjXj) и вагонную {сцУ^) составляющие:

! 1 Q Q 1 > ч

F=ZZZZ Day^ - X с'х' - Z Z (8)

i=l ;=11=14=1 ;=1 7=11=1

где Cj - эксплуатационные затраты, приходящиеся на введение в эксплуатацию 1-го поезда j-го назначения (плата за пользование инфраструктурой, затраты на работу локомотива и локомотивных бригад, затраты на формирование и оборот поезда); Сц - эксплуатационные затраты, приходящиеся на 1 вагон 1-го типау'-го назначения (инфраструктурная составляющая за продвижение вагона, ремонт вагона, заработная плата проводников);

Da — стоимость проезда пассажира i-ой корреспонденции пассажиропотока в вагоне 1-го типа.

Оптимальное решение задачи может быть получено при достижении максимальной прибыли. Задача расчета плана формирования пассажирских поездов при обеспечении беспересадочного сообщения и сегментировании пассажиропотоков (4) - (8) является задачей целочисленного линейного программирования и может быть решена с использованием программного продукта LP Solve IDE 5.5.2.0.

Как показывает сравнение результатов расчетов, проведенных по моделям с фиксированными схемами составов и при определении схем составов поездов, во втором случае корреспонденции пассажиропотока более равномерно распределяются по поездам и по типам вагонов, о чем говорит их высокая населенность (таблица 2).

Таблица 2 - Результаты расчетов плана формирования пассажирских поездов при

сегментировании пассажиропотоков

Назначения поездов при фиксированных схемах составов при определении схем составов

Число поездов Схема состава Коэф. исп. вмест-и (л,) Коэф. исп. Вмест-и (л,) Схема состава Число поездов

ПЛ К СВ ПЛ К СВ

12 8 8 2 0,97 0,95 И 6 1 11

Xl-3 9 10 8 0 0,94 0,94 2 12 4 10

Х,_2 1 7 6 1 0,38 0,95 0 15 3 4

0 8 7 1 - - 0 0 0 0

Х2-3 0 5 5 2 - 0,92 2 16 0 2

Х]-4 0 5 5 2 - - 0 0 0 0

Однако, при этом спрос на перевозки не ограничивается только спросом на тип места, а определяется и другими важнейшими факторами (стоимостью проезда, удобством времени отправления и прибытия пассажиров и др.). При расчете плана формирования надо учитывать, что с годами уже сформировалось «ядро» графика, состоящее из поездов, обеспеченных устойчивым пассажиропотоком, удобных для пассажиров и имеющих круглогодичное обращение, поэтому такие поезда обязательно должны быть сохранены в расчетном плане формирования. Схемы составов таких поездов кардинально менять нельзя. Применение модели расчета плана формирования пассажирских поездов при определении схем их составов будет наиболее эффективным при разработке плана формирования на новых полигонах, а также при внедрении новых категорий подвижного состава.

При планировании пассажирских перевозок необходимо учитывать неравномерность распределения пассажиропотоков во времени (сезонную, месячную и суточную). В связи с этим возникает необходимость разработки модели расчета плана формирования пассажирских поездов, учитывающей колебания пассажиропотоков по времени, а также неравенство корреспонденции пассажиропотока в прямом и обратном направлениях. Методика расчета плана формирования пассажирских поездов при колебаниях пассажиропотока во времени основана на рассмотренных математических моделях. При использовании модели (1) - (3) постановка задачи в этом случае будет иметь следующий вид:

]

П/г = ^ 5цуцс; V I; V V, (9)

/=1 I

¿¡к^Хц > ^ 5цкуцс; V/; V к; VI, (Ю)

¡=1

где Пгс - величина г'-ой корреспонденции пассажиропотока в период времени /, пасс.;

Уис ~ количество пассажиров г-ой корреспонденции пассажиропотока,

следующих в поездеу-го назначения в ?-ые сутки, пасс., уус > 0, целое;

Хц - количество поездов /-го назначения в /-ые сутки, Хц > 0, целое;

J - суммарное количество поездных назначений в прямом и обратном направлениях.

Условие стационарности, то есть условие равенства числа прибывающих и отправляющихся поездов одной схемы состава для каждой станции полигона за рассматриваемый промежуток времени, будет следующим:

t=l i= 1 t=l j=l где: T-общее количество дней в рассматриваемом периоде;

!1, если поезд у — го назначения д — ой схемы состава

отправляется с s — ой станции; О, в противном случае.

!1, если поезд j — го назначения д — ой схемы состава

прибывает на s - ую станцию; О, в противном случае. Ограничения по пропускной способности участков, перерабатывающей способности станций и по наличному парку вагонов разных типов будут иметь вид:

j

N^ > ^ SjkxJt; Vk; Vt; (12)

;'=i 1

Vs; Vt; (13)

;=i

ЫГ > X mji X xjc2 + T°6i ■• V/; (14)

j=i t=i

где N? - пропускная способность к-го участка;

N" — перерабатывающая способность j-ой станции; iV(Bar - наличный парк вагонов 1-ого типа; Таутиi ~ время в пути следования поездау'-го назначения, час.; Тформ/i To6j - время стоянки под технологическими операциями на станции формирования и оборота поезда j- го назначения, соответственно, час. Целевая функция будет иметь вид:

J т

F = X ^ EjXjt -> min (15)

i=1t=1

Для модельного примера представленного на рисунке 1 при суточной неравномерности корреспонденции пассажиропотоков за трёхдневный период, определяемых коэффициентами суточной неравномерности = 1,5; е2 = 0,5; е3 = 1,0, результаты расчета по рассматриваемой модели представлены в таблице 3.

Результаты расчета показывают возможность повышения показателей использования подвижного состава и, как следствие, оптимизации вагонного парка, а также ухода от парного движения, что, в свою очередь, позволяет

снизить пробег свободных мест и сократить потребный парк пассажирских вагонов.

Таблица 3 — Посуточное распределение поездопотоков

Число поездов за расчетный период

Сутки (() х, X! хз х4 X} Хб х7 Х8

1=1 4 0 3 3 2 3 0 6

/ = 2 2 0 1 1 0 1 0 2

< = 3 3 0 2 2 1 2 0 4

Рисунок 1 - Исходные данные для модельного примера

Разработка комплексной методики расчета плана формирования на основе разработанных в диссертации моделей позволит адаптировать расчет к различным условиям эксплуатации, что является основным требованием для получения достоверных результатов. Комплексная методика расчета плана формирования пассажирских поездов представлена в виде алгоритма, который позволяет выбрать необходимый набор ограничений для конкретного пассажиропотока и поездного назначения в зависимости от заданных условий (рисунок 2).

Критерием оптимальности при расчете плана формирования пассажирских поездов приняты эксплуатационные затраты или прибыль пассажирской компании. Затраты перевозчика состоят из прямых затрат, связанных с эксплуатацией, содержанием и ремонтом пассажирских вагонов, затрат по продаже билетов (затрат по вагонной составляющей) и расходов в части локомотивной и инфраструктурной составляющих в виде плат по договору аренды локомотивов и за услуги по предоставлению инфраструктуры.

Формирование ограничений для несегмемти ров энных пассажиропотоков по обеспечению беспересадочного сообщения (1) _и освоению пассажиропотоков (2)

Формирование ограничения по освоению пассажиропотоков при фиксированных схемах составов поездов

Формирование ограничений для сегментированных! пассажиропотоков по обеспечению ]

беспересадочного сообщения (4) и обеспечению : спроса на места в вагонах разных типов {5)_

— Фиксированная схема ^зстава^поездкого назначенид^-"

Формирование ограничений по 1 освоению пассажиропотоков(6)и ' определению схемы состава поезда (7);

[Формирование ограничений по пропускной способности участков (12), • перерабатывающей способности станций ¡13), по наличному парку I вагонов разных типов (14) и условия стационарности для поездных ? назначений с одинаковой схемой состава (11).

[росмотр массива поездных назначении -

наличие хотя бы одного поездного я значения с незаданной схемой состава.

| Формирование целевой функции гри | определении схем составов поездов

~Формирование целевой функции для несегментированных пассажиропотоков [ с фиксированными схемами составов | _ _ поездов...

Формирование целевой функций дл» сегментированных пассажиропотоков с фиксированными схемами составов поездов

Расчет

пассажирских поездов

формирования"^

/ Вывод ре зуд ьтатов _

Рисунок 2 - Алгоритм комплексного расчета плана формирования пассажирских

поездов

Расходы, относимые на введение в эксплуатацию одного поезда определенного назначения, могут быть представлены как сумма затрат, приходящаяся на поездную составляющую (С,) и вагонною (с;1?Пд):

= С} + сптп-, (16)

При этом к расходам на поездную составляющую можно отнести затраты на инфраструктурную составляющую, зависящие от поездо-километров, и

локомотивную составляющую, зависящую от времени нахождения состава в пути следования:

= ^и ' СРД + Слок; (17)

где Щ - базовая тарифная ставка в расчете за 1 поезд у'-го назначения на всем пути следования по поясам дальности в зависимости от типа тяги и категории поезда;

Кнд ~ коэффициент индексации тарифов; действующий на расчетный период;

Слок - локомотивная составляющая. Расходы, приходящиеся на вагонную составляющую определяются по формуле:

сц = (И2У + И3)СРЯ + Свгу; (18)

где И2;- - базовая тарифная ставка в расчете за 1 вагон у'-го назначения на всем пути следования по поясам дальности, в зависимости от категории поезда;

И3 - базовая тарифная ставка в расчете за 1 вагон у'-го назначения, не зависящая от длины маршрута следования;

Сзав; - затраты собственника на содержание подвижного состава, приходящиеся на 1 вагон у'-го назначения. Методика применима как для моделей расчета плана формирования с фиксированными схемами составов поездов, так и с определением схем составов.

В третьей главе «Разработка методики освоения потоков багажа и грузобагажа на сети железных дорог» рассмотрены вопросы расчета плана формирования почтово-багажных поездов. Расчет плана формирования делится на 3 этапа. На первом этапе производится расчет плана формирования на долгосрочный период. Анализ вагонопотоков показал, что данные величины, в основном, имеют стохастический характер, поэтому для большей точности результатов плана формирования, расчет рекомендуется производить ежегодно.

Максимально допустимая периодичность отправления поезда принимается. один раз в неделю. Практика показывает, что при большем периоде между отправлениями поездов одного назначения грузоотправители будут пользоваться услугами альтернативных видов транспорта, и накопить вагоны на полносоставный поезд будет невозможно. Поэтому по результатам расчета плана формирования все назначения, количество которых будет меньше 4 раз в месяц, исключаются из расчета плана формирования. Чтобы не производить корректировок результатов расчета, которые могут привести к снижению точности, в качестве периода расчета целесообразно принять недельный срок.

Включение багажных и грузобагажных вагонов в состав пассажирских поездов должно быть рассмотрено наряду с формированием отдельных почтово-багажных поездов. Группы прицепных багажных вагонов в составе пассажирских поездов имеют ряд положительных особенностей: во-первых, нет необходимости для использования новых ниток графика движения пассажирских поездов; во-вторых, они не влияют на скорость пассажирского поезда, так как используют резерв локомотивной тяги. В связи с этим, рентабельность пассажирского поезда повышается, так как затраты на поездную составляющую не увеличиваются, а доходы от перевозки - возрастают.

На втором этапе производится корректировка плана формирования на следующий месяц, так как по технологии работы повагонных отправок собственники или арендаторы подвижного состава должны подать заявки на следующий месяц заранее.

На третьем этапе производится оперативная корректировка плана формирования на основе фактических данных о грузо- и вагонопотоках. Корректировка производится в режиме реального времени с учетом объема поступающих грузов. Исходные данные о грузо- и вагонопотоках должны поступать со станций отправления сразу после оформления перевозочных документов. Таким образом, в исходные данные будут включены все представленные грузы и вагоны к перевозке, что исключает возможность ошибки, и нарушение срока доставки. Результаты расчета должны также в оперативном порядке поступать на станции отправления и назначения грузо- и вагонопотоков.

Общая постановка задачи оптимизации почтово-багажных поездопотоков заключается в выборе такого варианта плана формирования, при котором суммарные эксплуатационные затраты от перевозок будут стремиться к минимуму при полном освоении заданных вагонопотоков и безотцепочном следовании вагонов по маршруту следования.

Условие полного освоения заданных вагонопотоков:

где Д- - число вагонов /-ой корреспонденции вагонопотока;

— число вагонов ¿-ой корреспонденции вагонопотока в составе поезда У-го назначения;

У - общее число поездных назначений;

1, если станции зарождения и погашения! — ой корреспонденции 8 вагонопотока входит в маршрут следования поезда у — го назначения;

1

(19)

.0, в противном случае;

Условие безотцепочного следования вагонов в составе поезда:

I

^ЗцкУц ^ mkxf, у/; (20)

¡=1

где Xj - количество поездов /-го назначения; тк - максимальное количество вагонов в составе поезда на к-ом участке;

(1,если станции зарождения и погашения i — ой корреспонденции вагонопотока входят в маршрут следования поезда j — го назначения и следуют по к — му участку; 0, в противном случае.

Целевая функция - суммарные эксплуатационные затраты, включающие в себя затраты на поездную и вагонную составляющие, а также затраты на прицепку-отцепку вагонов на станциях переработки поезда, имеет следующий вид:

I 1 J I и

F = J ci" xi + X С'МГ В' + Yj Z Yj 5Ч»Уч^С°е (21)

i-l i=l J=1 ¡=1 ft=l

где С" - эксплуатационные затраты, приходящиеся на один поезд /-го назначения, руб./посзд;

С?аг - эксплуатационные затраты, приходящиеся на один вагон 1-го вагонопотока, руб./ваг.;

C0g - затраты на прицепку-отцепку вагонов на станции переработки поезда, руб./час;

t0в — время на прицепку-отцепку вагона на станции переработки поезда;

!1, если на h — ой станции переработки поезда j — го назначения выполняется прицепка или отцепка группы вагонов i — ой корреспонденции вагонопотока 0, в противном случае.

Результаты расчета плана формирования почтово-багажных поездов (таблица 4) для модельного примера (рисунок 3) по представленной методике показывают возможность оптимизации потоков багажа и грузобагажа таким образом, чтобы получить максимальный эффект от используемого парка подвижного состава и направлена на сокращение эксплуатационных затрат на перевозку.

При применении новой технологии перевозки багажа в багажных купе пассажирских поездов дальнего следования возникает проблема определения их числа. Для решения этой задачи был рассмотрен характер изменения объема багажной отправки. При этом под багажной отправкой понимается общее количество багажных мест, отправляемых пассажиром по одному перевозочному документу.

в.=ю

В.=5

В «=18 1££*-

В«=8

Рисунок 3 — Исходные данные для модельного примера, где О- станция переработки поезда Таблица 4 — Матрица распределения вагонов по назначениям

"——Цисло поездов ВагонопотоюТ^^— х]=0 х2=0 хз=1 х4=0 х5=0 хб=0 х7=1 х8=0 х9=1 хю=0 х„=0

В]=10 0 0 10 0 ' -

В2=5 - - 5 0 0 0 - - - - -

Вз= 15 - 0 - 0 - 0 15 - - - -

В4= 18 - 0 - 0 - - - 0 18 - -

В5- 2 - - - 0 - 0 - - 2 0 -

Вв= 8 - 0 8 0 - - - - 0 - 0

В ходе проведенных исследований было обработано более 1000 багажных отправок. Так как в багаж сдаются, чаще всего, вещи относительно легкие, но при этом объемные (средний удельный вес багажа равен 60-70 кг/м3), то основным ограничением будет являться вместимость купе по объему. Поэтому в качестве исследуемой случайной величины принимаем объем багажной отправки. В результате обработки статистических данных построена гистограмма распределения объема багажной отправки, представленная на рисунке 4.

Как видно из гистограммы, основная часть объема багажных отправок находится в диапазоне первых четырех групп. Поэтому для дальнейших расчетов можно определить объем одной отправки следующим образом:

С" = МЩ + °1П (22)

тогда: К6р0асч = 1,55 + 1ДЗ = 2,68 м3, при этом = 0,85,

где ~ вероятность того, что объем багажной отправки будет

меньше или равен

Рисунок 4 - Гистограмма распределения объема багажных отправок Количество купе для перевозки багажа в пассажирском поезде определяется по формуле:

где <?б - количество человек с багажом в поезде;

^бк 04 ~ расчетный объем багажного купе. Результаты расчета числа багажных купе в пассажирских поездах на направлении Москва - Воркута по представленной методике показали, что наибольшее количество багажных купе, выделяемых в пассажирских поездах, будет равно 3-м. Данный результат можно считать удовлетворительным, так как максимальный коэффициент использования вместимости принимается равным 0,9, поэтому выделение 3-х багажных купе не должно отразиться на населенности поездов. Кроме этого, расчет экономической эффективности показал, что использование багажных купе приведет к сокращению затрат в 7 раз на направлении Москва - Воркута.

В четвертой главе «Оценка эффективности методики расчета плана формирования пассажирских и багажных поездов на выбранных направлениях и полигонах» выполнены расчеты плана формирования пассажирских и почтово-багажных поездов по предложенным в диссертации моделям. Реализация методики и математических моделей расчета плана формирования пассажирских поездов, разработанных в диссертации на направлениях Москва - Архангельск - Воркута и Москва - Адлер позволяет заключить следующее: показана работоспособность предлагаемых математических моделей и адекватность полученных решений реальным условиям практики работы железных дорог; сокращаются размеры движения пассажирских поездов при условии удовлетворения спроса на перевозки

1М

0,5

V

0,507 1,073 1.817 2,535 3,233 3,983 4,695 5,330 5,329 7,131 7.429

пассажиров, в том числе и при сегментировании пассажиропотока по типу мест в вагонах разных категорий; увеличивается степень обеспечения беспересадочных сообщений пассажиров; сокращаются перевозочные затраты на полигоне Москва - Архангельск - Воркута по сравнению с действующим вариантом плана формирования на 13,2%.

Реализация методики расчета плана формирования почтово-багажных поездов на полигоне Москва - Санкт-Петербург - Архангельск - Воркута позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая в диссертации методика и математическая модель освоения потоков багажа и грузобагажа работоспособна и решения, получаемые на основе этой математической модели, адекватно отражают реальные условия работы железных дорог в области багажных перевозок; показана необходимость введения в обращение 16 почтово-багажных поездов четырех назначений в месяц со средним составом поезда в 19 вагонов. Также определена потребность сохранения группы прицепных вагонов (до 2-х вагонов в группе) в составах пассажирских поездов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В работе на основе анализа практического и научного опыта определены направления исследований в области повышения эффективности пассажирских перевозок в дальнем сообщении. Сделан вывод о необходимости перехода от разработки математических моделей расчета плана формирования пассажирских поездов на основе агрегированных данных о перспективных пассажиропотоках в виде густот пассажиропотока к моделям, основанным на применении непосредственно перспективных корреспонденции пассажиропотока. Это позволит: прояснить картину распределения пассажиропотоков в поездах; создать возможность освоения одной и той же корреспонденции поездами различных маршрутов; выполнить декомпозицшо сетевой задачи расчета плана формирования пассажирских поездов на ряд задач полигонного уровня.

2. Введение требования, обеспечивающего выполнение беспересадочных сообщений для основного потока пассажиров, повысит качество и комфортабельность пассажирских перевозок и конкурентоспособность железнодорожного транспорта.

3. Анализ научных работ, выполненных в области организации перевозок багажа и грузобагажа показывает, что задачу расчета плана формирования почтово-багажных поездов необходимо решать в комплексе с задачей расчета плана формирования пассажирских поездов, учитывая возможность перевозки багажа и грузобагажа в багажных вагонах в составе пассажирских поездов.

4. Модель расчета плана формирования при обеспечении беспересадочного сообщения пассажиропотоков использует в качестве исходных данных перспективные корреспонденции пассажиропотоков, что дает возможность учитывать начальный и конечный пункт назначения пассажира. Таким образом, появляется возможность учесть одно из главных условий разработки плана формирования пассажирских поездов - беспересадочное сообщение пассажиров. Кроме этого по результатам решения задачи можно получить данные о распределении пассажиропотока по поездам, что позволяет уже на стадии планирования определить пункты и объемы посадки-высадки пассажиров для каждого поезда в отдельности.

5. Расчет плана формирования по модели, обеспечивающей беспересадочное сообщение основного потока пассажиров показывает, что количество пересадок пассажиров и их расположение для малых корреспонденции пассажиропотока можно смоделировать. Это достаточно важный фактор при планировании перевозок на больших полигонах, где располагаются крупные города, транспортные узлы, транзит пассажиров в которых серьезно затрудняет работу железнодорожного транспорта. Решение данной задачи позволит перераспределить потоки, разгрузить транзитные пункты. Кроме этого, организация пассажиропотоков с пересадками на тех станциях, где располагаются транспортно-пересадочные комплексы, инфраструктура которых с комфортом позволяет поменять вид транспорта или пересесть на другой поезд, позволит улучшить качество перевозок, что, в первую очередь, улучшит качество перевозок и повысит комфорт и удобство пассажиров.

6. Сегментирование спроса на перевозки в зависимости от типа пассажирских вагонов с учетом ресурса вагонного парка при расчете плана формирования пассажирских поездов должно повысить уровень удовлетворения спроса пассажиров на перевозки, и может привести к переходу части пассажиропотока с альтернативных видов транспорта на железнодорожный. Модель расчет плана формирования пассажирских поездов при обеспечении беспересадочного сообщения пассажиропотоков, сегментированных по типу мест при условии максимизации прибыли пассажиркой компании позволяет повысить прибыль или сократить убыточность пассажирских перевозок при одновременном повышении их качества.

7. Расчет плана формирования пассажирских поездов при колебаниях пассажиропотока во времени позволяет распределить поездопотоки таким образом, чтобы вместимость поездов использовалась максимально эффективно при неравных пассажиропотоках в прямом и обратном направлении, а также при их колебаниях в расчетный период времени. Уход от парного движения

позволяет более рационально использовать подвижной состав, снизить пробег свободных мест, а также сократить потребный парк пассажирских вагонов.

8. Комплексная методика расчета плана формирования пассажирских поездов позволяет адаптировать данную задачу к различным условиям эксплуатации.

9. Разработанная методика расчета плана формирования почтово-багажных поездов позволяет учесть эксплуатационные затраты на поездную и вагонную составляющую, а также на прицепку/отцепку вагонов в пути следования, что дает возможность, объективно оценить полученный результат. В методике также предусмотрена возможность включения групп прицепных вагонов в состав пассажирских поездов, что существенно влияет на сокращение эксплуатационных затрат. Кроме этого, в задаче учтено условие следования вагонов от станции отправления до станции назначения в одном поезде, что дает возможность доставить багаж или грузобагаж в максимально короткие сроки.

10. Реализация методики расчета плана формирования пассажирских поездов разработанной в диссертации на направлениях Москва - Архангельск -Воркута, включающих направления Московской и Северной железных дорог, на полигоне Москва — Адлер, включающей направления Московской, Юго-Восточной и Северо-Кавказской железных дорог показала работоспособность предлагаемых моделей и методов, их эффективность и адекватность полученных решений условиям практики работы железных дорог.

11. Реализация методики расчета плана формирования багажных и грузобагажных поездов на полигоне Москва - Санкт-Петербург - Архангельск -Воркута позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая в диссертации методика и математическая модель освоения потоков багажа и грузобагажа работоспособна. Решения, получаемые на основе этой математической модели, адекватно отражают реальные условия работы железных дорог в области багажных перевозок.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Научные статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Савельев, М.Ю. Организация перевозки багажа в вагонах пассажирских поездов [Текст] / М.Ю. Савельев // Транспорт: наука, техника, технология. - 2013. - №9. - С.70-74;

2. Пазойский, Ю.О. Математическая модель расчета плана формирования почтово-багажных поездов [Текст] / Ю.О. Пазойский, М.Ю. Савельев // Наука и техника транспорта. - 2012. - №1. - С.68-72;

3. Пазойский, Ю.О. Расчет плана формирования поездов ФПК [Текст]/ Ю.О. Пазойский, Б.Ф. Андреев, М.Ю. Савельев // Мир транспорта. -2010. - №5. - С.84-88.

Научные статьи в других изданиях

4. Пазойский, Ю.О. Определение взаимосвязи почтово-багажных грузо-и вагонопотоков [Текст] / Ю.О. Пазойский, М.Ю. Савельев // Материалы Международной научно-практической конференции «Подготовка и переподготовка кадров - основа обеспечения безопасности на железнодорожном транспорте» (Кишинев, Эврика, 2013). -2013. - С.169-175;

5. Пазойский, Ю.О. Повышение безопасности перевозок почты, багажа и грузобагажа за счет рационального распределения работы между пассажирскими станциями [Текст] / Ю.О. Пазойский, М.Ю. Савельев // Двенадцатая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов». - 2011. - С. IX-17-IX-18;

6. Пазойский, Ю.О. Определение оптимального числа и назначения пассажирских поездов при условии обеспечения беспересадочного сообщения [Текст] / Ю.О. Пазойский, М.Ю. Савельев // Materiale Conferintei Internationale «Sisteme de transport si logistica» (Chisinau, Evrica, 2009). - 2009. - C.368-377.

САВЕЛЬЕВ МАКСИМ ЮРЬЕВИЧ

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОСВОЕНИЯ ПОТОКОВ ПАССАЖИРОВ, БАГАЖА И ГРУЗОБАГАЖА

НА СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать Заказ /о98 Формат 60x90 1/16

Объем 1,5 усл. п.л. Тираж 80 экз.

УПЦ ГИ МИИТ, Москва, 127994, ул. Образцова, д.9, стр. 9