CC BY
34
УДК 656.02
П. К. Рыбин, Н. В. Ершиков, Н. С. Комовкина, Д. В. Путилина
АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ПОЕЗДОПОТОКОВ И ВАГОНОПОТОКОВ, ПОСТУПАЮЩИХ В АДРЕС РОССИЙСКИХ ПОРТОВ ФИНСКОГО ЗАЛИВА
Дата поступления: 17.09.2018 Решение о публикации: 03.10.2018
Аннотация
Цель: Исследовать прибывающие и отправляемые поездопотоки с основных припортовых станций (ПС), обслуживающих порты Финского залива: Лужская, Автово и Новый Порт, в период максимальной работы - январь и февраль 2015 и 2016 гг.; проанализировать влияние среднесуточных размеров движения поездов и уровня маршрутизации на потребное путевое развитие и схему ПС. Методы: Применялся статистический анализ данных. Результаты: Проверена гипотеза о возможности использования у-распределения для моделирования интервалов прибытия поездов на ПС, а также доказана возможность использования у-распределения при моделировании интервалов отправления поездов с ПС. Практическая значимость: Подтверждены возможность и корректность использования в теоретических расчетах и при построении имитационной модели ПС функции плотности обобщенного у-распределения, что позволит более достоверно определять ее потребное путевое развитие.
Ключевые слова: Интервалы прибытия и отправления поездов, схема припортовой станции, у-рас-пределение, доля маршрутизации.
Petr K. Rybin, Cand. Eng. Sci., associated professor, prorector, rybin@pgups.ru; *Nikolay V. Yershikov, Cand. Eng. Sci., associated professor, prorector, yorshikov@mail.ru; Natalya S. Komovkina, Cand. Eng. Sci., senior lecturer; Darya V. Putilina, assistant (Emperor Alexander I Petersburg State Transport University) THE ANALYSIS OF STRUCTURE OF TRAIN AND CAR TRAFFIC VOLUME DESTINED FOR RUSSIAN PORTS OF THE GULF OF FINLAND
Summary
Objective: To study the traffic flows arriving at and departing from the main port stations which service the ports of the Gulf of Finland, including: Luzhskaya, Avtovo and Noviy Port in the period of maximum operation - January and February of 2015 and 2016. To analyze the influence of the daily volume of train traffic and the routing level on the required arrangement of tracks and lay-out of port stations (PS). Methods: Statistical data analysis was applied. Results: The hypothesis for applicability of y-distribution for arrival frequency modeling of train arrival at PS was checked. The applicability of y-distribution for arrival frequency modeling of train departure from PS was proved. Practical importance: Applicability and robustness of generalized y-distribution frequency function in theoretical calculations and in the construction of PS simulation model was justified, making it possible to adequately determine its required arrangement of tracks.
Keywords: Train arrival and departure intervals, lay-out of a port station, y-distribution, contribution of routing.
Введение
Среди припортовых железнодорожных узлов РФ в настоящее время особый инте-
рес представляет динамично развивающаяся железнодорожная сеть, обслуживающая российские морские порты Финского залива, поскольку в ней в определенной степени про-
слеживаются новые подходы к формированию системы железнодорожного обслуживания припортового региона, имеющего в своем составе мегаполис. По-прежнему в этой системе важную роль играют размеры, структура и интенсивность поступающих и исходящих из припортового железнодорожного узла по-ездопотоков, с учетом которых устанавливают количество, схемы и потребное путевое развитие припортовых станций (ПС) и их взаимное расположение в припортовом узле. Но, например, при проектировании Усть-Лужского железнодорожного узла учитывалось еще и наличие в порту большого числа собственников грузовых терминалов.
Выполненные на кафедре «Железнодорожные станции и узлы» Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС) в 2015 и 2016 гг. исследования входящих и исходящих поездопотоков Санкт-Петербургского и Усть-Лужского припортовых железнодорожных узлов не только подтвердили ранее сделанные выводы о функциях распределения плотности вероятностей интервалов поступления поездов на ПС, изложенные в работах [1, 2], но и дали возможность, применяя эти функции, аппроксимировать эмпирические распределения величин интервалов отправления с ПС, что позволяет использовать такие распределения при имитационном моделировании работы данных станций.
1. Использование у-распределения при описании интервалов прибытия и отправления поездов на ПС
Количество путей в приемоотправочном парке определяют с учетом времени их занятия поступившим подвижным составом, которое зависит от интенсивности поступления и отправления поездов на ПС и продолжительности выполнения станционных технологических операций.
Очевидно, что количество путей в приемо-отправочном парке ПС зависит от соотношений
пр >
t
р
I 1.
¿от >
ф
от I 1 ф I ' зан
где I , /от - интервалы прибытия и отправления поездов с ПС соответственно; ^, -время занятия приемоотправочного пути одним поездом, прибывшим на ПС в расформирование, и своего формирования соответственно.
Расчетное время занятия приемоотправоч-ного пути одним поездом, прибывшим на ПС в расформирование [3], определяется по формуле
t р = t +t' +t Р +t" +t
зан *пр 1 'ож 1 'оп 1 'ож 1 *уб '
в которой 7 - время занятия маршрута при приеме на станцию, мин; ¿Ож - среднее время ожидания начала выполнения операций по прибытию поезда на станцию, мин; ¿рЛ - время выполнения операций по прибытию согласно технологическому процессу, мин; -среднее время ожидания вывода состава с пути прибытия на вытяжной путь для расформирования, мин; ¿уб - время занятия пути приемо-отправочного парка при уборке состава на вытяжной путь для расформирования, мин.
Время ожидания начала выполнения операций по прибытию поезда на станцию должно быть минимальным, чего можно достичь, ускорив время выполнения операций по прибытию путем совершенствования технологии выполнения этих операций.
Время ожидания вывода состава с пути прибытия на вытяжной путь для расформирования [4]
t =
12рЛ (Y П р + Y р )
^п (1 -Рл )
здесь рл - степень загрузки маневрового локомотива по расформированию-формированию передач; упр, ур - коэффициент вариации соответственно интервалов прибытия поездов
и времени их расформирования; N - число поездов, прибывающих на станцию.
Расчетное время занятия приемоотправоч-ного пути одним поездом своего формирования [3] составляет
t ф = t +1 ' +1 ф +1 ' +1
зан под 1 'ож 1 'оп 1 'ож 1 'от '
где ^ - время занятия пути подачей сформированного состава с вытяжного пути на путь приемоотправочного парка, мин; ?ож - среднее время ожидания начала выполнения операций по отправлению поезда со станции, мин; - время выполнения операций по отправлению согласно технологическому процессу, мин; ?0ж - среднее время ожидания «нитки графика», мин; t - время занятия маршрута при отправлении поезда от момента приготовления до момента освобождения маршрута, мин.
Время ожидания отправления поезда с ПС [4] находим следующим образом:
t = ож
12pL (у вх + Y 2б ) N0(1 -Рвых )
тпо =■
( NnptPaH + ^зФан )(1 + ßn )
24 -а,
здесь рвых - уровень загрузки выходного участка; увх, уо6 - коэффициент вариации соответственно интервалов отправления поездов и времени обработки поездов по отправлению в парке; N - число поездов, отправляющихся со станции.
Таким образом, очевидно, что интервалы прибытия и отправления поездов с ПС влияют на продолжительность занятия приемоотпра-вочных путей и соответственно на число путей в парке:
где вп - коэффициент, учитывающий отказы устройств; ^Тпост - время занятия пути постоянными операциями, не зависящими от размеров движения, мин.
В качестве одной из характеристик входящих и исходящих поездопотоков были выбраны средние интервалы прибытия и отправления поездов с ПС (табл. 1).
Следовательно, моделируя работу ПС в различных режимах поступления и отправления поездов, появляется возможность определить ее потребное путевое развитие с учетом перспектив увеличения размеров работы.
Внешний вид гистограммы эмпирического и теоретического распределений интервалов прибытия и отправления поездов на рассматриваемые ПС, представленных на рис. 1 и 2, позволяет выдвинуть предположение о допустимости в теоретических расчетах и при построении имитационной модели использования функции у-распределения.
Функция плотности у-распределения имеет вид [5]
1
Л(х)=х- х г ехР(-^ •х)
Г(г)
где г и X - параметры распределения, которые определяются по методу моментов:
m.
r =
m2 - m1
ТАБЛИЦА 1. Среднесуточные интервалы прибытия поездов на ПС
Станция Средний интервал прибытия поездов на станцию Средний интервал отправления поездов со станции
Лужская 40 мин 38 мин
Автово 1 ч 16 мин 1 ч 16 мин
Новый Порт 3 ч 24 мин 2 ч 58 мин
Рис. 1. Сравнение теоретического и эмпирического распределений величин интервалов поступления поездов на ПС Лужская (а), Автово (б) и Новый Порт (в)
а
б
в
а Число наблюдений
1
1
\
\
4 Nr-
О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
б
0 1 2 3 4 5 6
120 110
100
О 2 4 6 8 10; 12
Интервалы отправления, ч
Рис. 2. Сравнение теоретического и эмпирического распределений величин интервалов отправления поездов с ПС Лужская (а), Автово (б) и Новый Порт (в)
-, m.
здесь т - точечные оценки начальных моментов, определяемые по формуле
1 " ■ т =~Тхк •
Пк=1
Количество интервалов на числовой оси, на которые разбивается выборка, устанавливается на основе расчетов следующим образом:
m = л/ n.
Гипотеза о законе распределения принимается с доверительной вероятностью Р0 = 0,95, если выполняется неравенство
x 2 < 4. (q).
в котором хр^ (д) - критическое значение х2 с д степенями свободы по уровню Р0
Эмпирическое значение х 2 находится по уравнению
х' = Ё^,
¿=1 ь
где/. и к. - соответственно эмпирическое и теоретическое число наблюдений, приходящееся на каждый интервал.
Результаты расчетов с использованием критерия согласия Пирсона приведены в табл. 2.
На основании произведенных расчетов можно сделать вывод, что функцию плотности обобщенного у-распределения можно использовать для описания распределения интервалов прибытия и отправления поездов с ПС с доверительной вероятностью Р0 = 0,95.
Для каждой ПС присущи свои параметры распределения интервалов прибытия и отправления, которые частично коррелируются между собой. Кроме того, установлено, что причинами того, что количество прибывших поездов меньше, чем отправленных с ПС за рассматриваемый период, являются более высокая доля маршрутизации и средняя величина составов по прибытию, чем по отправлению.
2. Оценка размеров поездопотоков и доли их маршрутизации
Действующие Правила и технические нормы проектирования станций и узлов [6] рекомендуют несколько схем железнодорожного обслуживания порта, при этом выбор той или иной схемы железнодорожного обслуживания морского порта предлагается осуществить с учетом двух параметров: годовой грузооборот порта (О), млн т, и расстояние между ПС железнодорожными станциями и портом (Ь), км.
ТАБЛИЦА 2. Значения критерия согласия Пирсона для проверки гипотезы о принадлежности выборок интервалов поступления и отправления поездов с ПС у-распределения
ПС Направление поездопотока Параметр формы, r Параметр масштаба, X Эмпирическое значение х 2 Критическое значение х 2 Объем выборки
Лужская Прибытие 1,09 1,81 42,22 43,77 2231
Отправление 0,79 1,34 41,09 43,77 2486
Автово Прибытие 1,86 1,44 43,78 44,99 1113
Отправление 1,75 1,39 35,46 44,99 1137
Новый Порт Прибытие 2,16 0,55 9,54 33,92 364
Отправление 2,29 0,67 33,01 33,92 413
Но практика показывает, что существенные значения для принятия решения по выбору схемы железнодорожного обслуживания порта имеют еще два параметра - среднесуточные размеры движения (А/), пар поездов в сутки, и среднее время нахождения вагона в системе «ПС-порт» (ГНиХ°т), ч. Даже при наличии функциональной взаимосвязи между Q и А, и между ТНСиХст и для более качественного определения потребного путевого развития припортовых железнодорожных станций и путевого развития железнодорожной сети порта следует учитывать значение каждого из этих четырех параметров.
Кроме того, величина потребного путевого развития и схема ПС также зависят от среднесуточного количества прибывших поездов, которые на станции не расформировывают и без подборки вагонов по погрузочно-выгрузочным фронтам подают в порт. В табл. 3 приведены сведения о количестве прибывших поездов и
об уровне их маршрутизации (отношение поездов по прибытию, не требующих расформирования на ПС к общему количеству поездов по прибытию) для станций Лужская, Автово и Новый Порт в период максимальной работы.
Анализируя данные табл. 3 и существующие схемы рассматриваемых станций, можно сделать следующие выводы: 1) при больших размерах движения в направлении порта (более 30 пар поездов в сутки) и доле маршрутизации этого поездопотока более 60 %, помимо ПС необходимо создать на территории порта районные парки для реализации поэтапного продвижения маршрутизированного поездо-потока к погрузочно-выгрузочным фронтам; 2) при малых размерах движения (менее 30 пар поездов в сутки) в направлении порта и низкой доле маршрутизации на ПС (менее 60 % от общего поездопотока) следует проектировать сортировочный парк (табл. 4).
ТАБЛИЦА 3. Сведения о количестве прибывших поездов на ряд ПС
Станция Среднесуточное количество прибывших поездов Уровень маршрутизации, %
2015 г. 2016 г.
Лужская 35 37 70
Автово 19 19 80
Новый Порт 8 6 55
ТАБЛИЦА 4. Условия применения схем железнодорожного обслуживания порта
Размеры движения поездов, пар поездов в сутки Уровень маршрутизации поездопотоков, % Схема железнодорожного обслуживания
< 30 > 60 УСС+ПС (ПОП)+ ХПВФ
< 30 < 60 УСС+ПС (ПОП+СП)+ ХПВФ
> 30 > 60 УСС+ПС*+ ХРП + £ПВФ
> 30 < 60 УСС+С+ЕРП + ХПВФ
Примечание: УСС - узловая сортировочная станция; РП - районный парк; ПВФ -погрузочно-выгрузочный фронт; ПОП - приемоотправочный парк; СП - сортировочный парк.
* Объект не является обязательным для схемы железнодорожного обслуживания порта.
Заключение
В результате выполненных исследований подтверждены возможность и корректность использования в теоретических расчетах и при построении имитационной модели ПС функции плотности обобщенного у-распределения, что позволит более достоверно определять ее потребное путевое развитие с учетом перспектив развития в условиях роста объемов работы (роста грузооборота порта) и намечать перспективы развития всей системы железнодорожного обслуживания порта. Также на основе анализа существующих схем железнодорожного обслуживания ряда морских портов Северо-Запада РФ выявлена необходимость более детального изучения дополнительных факторов, оказывающих существенное влияние на проектные решения при выборе схем и места размещения ПС.
Библиографический список
1. Комовкина Н. С. Анализ интервалов поступления маршрутизированного и немаршрутизи-рованного вагонопотоков на железнодорожные станции, взаимодействующие с морскими портами / Н. С. Комовкина, Ю. И. Ефименко, П. К. Рыбин, В. Н. Фоменко // Изв. Петерб. гос. ун-та путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2012. - Вып. 1 (30). -2012. - С. 48-55.
2. Рыбин П. К. Маневровое обслуживание морских портов и его влияние на путевое развитие портовых станций : дис. ... канд. техн. наук, специальность : 05.22.08 / П. К. Рыбин. - СПб. : ПГУПС, 2003. - 192 с.
3. Апатцев В. И. Железнодорожные станции и узлы : учебник / В. И. Апатцев, Ю. И. Ефименко, П. К. Рыбин ; под ред. В. И. Апатцева, Ю. И. Ефи-менко. - М. : Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2014. - 855 с.
4. Правдин Н. В. Проектирование железнодорожных станций и узлов. Т. 2 : учеб. пособие для трансп. вузов / Н. В. Правдин, Т. С. Банек, В. Я. Негрей ; под общ. ред. Н. В. Правдина. - 2-е изд., перераб. и доп. -Минск : Высшая школа, 1984. - 200 с.
5. Вентцель Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Вентцель. - М. : Высшая школа, 2006. - 576 с.
6. Правила и технические нормы проектирования станций и узлов на железных дорогах колеи 1520 мм. - М. : Техинформ, 2001. - 256 с.
7. Рыбин П. К. Особенности организации маневровой работы на станции Лужская / П. К. Рыбин, А. А. Дегтярев, Н. В. Ершиков // Интеллектуальные системы на транспорте. - СПб. : ПГУПС, 2014. -С. 431-438.
8. Багаев Д. М. Особенности работы автомобильно-железнодорожного паромного комплекса порта Усть-Луга / Д. М. Багаев, Н. В. Ершиков // Развитие инфраструктуры и логистики технологий в транспортных системах. - СПб. : ПГУПС, 2016. -С. 100-108.
9. Рыбин П. К. К вопросу учета экологических требований в проектах развития транспортных узлов / П. К. Рыбин, Д. В. Жукова // Материалы конференции «Техносферная и экологическая безопасность на транспорте». - СПб. : ПГУПС, 2016. -С. 177-183.
10. Рыбин П. К. Ключевые факторы, определяющие развитие существующих припортовых железнодорожных узлов в XXI веке / П. К. Рыбин, Д. В. Путилина // Сб. трудов X Санкт-Петербургского конгресса «Профессиональное образование, наука и инновации в XXI веке». - СПб. : ПГУПС, 2016. -С. 154-159.
References
1. Komovkina N. S., Efimenko Y. I., Rybin P. K. & Fomenko V. N. Analiz intervalov postupleniya, marsh-rutizirovannogo i nemarshrutizirovannogo vagonopo-tokov na zheleznodorozhniye stantsii, vzaimoseistvuy-ushchiye s morskimy portamy [The analysis of routed and non-routed car traffic volume arrival intervals at railroad stations, interacting with seaports]. Izvestiya Peterburgskogo Universiteta putey soobshcheniya [Proceedings of Petersburg Transport University]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2012, issue 1 (30), pp. 48-55. (In Russian)
2. Rybin P. K. Manevrovoye obsluzhivaniye mor-skykh portov i yego vliyaniye na putevoye razvitiye portovykh stantsiy [Shunting maintenance of seaports
and its influence on tracks of port terminals]: Ph. D. thesis in Eng., speciality: 05.22.08. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2003, 192 p. (In Russian)
3. Apattsev V. I., Efimenko Y. I. & Rybin P. K. Zheleznodorozhniye stantsii i uzly [Railway stations and junctions]. Ed. by V. I. Apattseva, Y. I. Efimenko. Moscow, Uchebno-metodycheskiy tsentr po obrazovaniju na zheleznodorozhnom transporte [Learning and teaching educational centre of railway transport] Publ., 2014, 855 p. (In Russian)
4. Pravdin N. V., Banek T. S. & Negrey V. Y. Proek-tirovaniye zheleznodorozhnykh stantsiy i uzlov [The design of railway stations and junctions]; under general ed. of N. V. Pravdin; 2nd ed., rev. and enlarged. Minsk, Vysshaya shkola Publ., 1984, 200 p. (In Russian)
5. Ventsel E. S. Teoriya vozmozhnostey [Probability theory]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2006, 576 p. (In Russian)
6. Pravila i tekhnicheskiye normy proektirovaniya stantsiy i uzlov na zheleznykh dorogakh kolei 1520 mm [Design regulations and engineering standards of railway stations and junctions at 1520 mm gauge railroads]. Moscow, Tekhinform Publ., 2001, 256 p. (In Russian)
7. Rybin P. K., Degtyarev A. A. & Yershikov N. V. Osobennosty organizatsii manevrovoy raboty na stantsii Luzhskaya [The specificities of shunting operation management at Luzhskaya station]. Intellektualniye sistemy na transporte [Intellectual systems for transport}. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2014, pp. 431438. (In Russian)
8. Bagaev D. M. & Yershikov N. V. Osobennosty raboty avtomobilno-zheleznodorozhnogo paromnogo kompleksa porta Ust-Luga [The specificities of automobile-railway ferry complex operation at Ust-Luga port].
Razvitiye infrastruktury i logisticheskykh tekhnologiy v transportni sistemakh [The development of infrastructure and logistic technologies in transport systems]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2016, pp. 100-108. (In Russian)
9. Rybin P. K. & Zhukova D. V. K voprosu ucheta ekologicheskykh trebovaniy v proektakh razvitiya transportnykh uzlov [On environmental development projects of transportation nodes]. Materialy konfe-renstii "Tekhnosfernaya i ekologicheskaya bezopas-nost na transporte" [Proceedings of the conference "Technosphere and environmental transport safety"]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2016, pp. 177-183. (In Russian)
10. Rybin P. K. & Putilina D. V. Klyucheviye factory, opredelyayushchiye razvitiye sushchestvuyushchykh priportovykh zheleznodorozhnykh uzlov v XXI veke [Key factors, determining the development of the existing railway junctions adjacent to ports in the 21st century]. Sbornik trudovXSaint Peterburgskogo kongressa "Professionalnoye obrazovaniye, nauka i innovatsii v XXI veke" [Coll. papers of the 10th Saint Petersburg congress "Vocational education, science and innovations in the 21st century"]. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2016, pp. 154-159. (In Russian)
РЫБИН Петр Кириллович - канд. техн. наук, доцент, проректор; *ЕРШИКОВ Николай Васильевич - канд. техн. наук, доцент, проректор, yorshikov@mail.ru; КОМОВКИНА Наталия Сергеевна - канд. техн. наук, старший преподаватель; ПУТИЛИНА Дарья Валентиновна - ассистент (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
