CC BY
27
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
УДК 656.02.078.14
Нестерова Наталья Станиславовна,
к. т. н., доцент, кафедра «Изыскания и проектирование железных дорог», Дальневосточный государственный университет путей сообщения, тел. (4212) 40-75-73, e-mail: mer-maid2@yandex.ru Едигарян Аркадий Рудольфович, к. т. н., доцент, кафедра «Изыскания и проектирование железных дорог», Дальневосточный государственный университет путей сообщения, тел. (4212) 40-75-73, e-mail: sad@festu.khv.ru Гончарук Сергей Миронович, д. т. н., профессор, кафедра «Изыскания и проектирование железных дорог», Дальневосточный государственный университет путей сообщения, тел. (4212) 40-71-15, e-mail: goncharuksergey@mail.ru
МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ МУЛЬТИМОДАЛЬНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ
И ЕЁ ЭЛЕМЕНТОВ
N.S. Nesterova, A.R. Edigaryan, S.M. Goncharuk
TOE METHODOLOGY OF FORMATION OF THE REGIONAL MULTI-MODAL TRANSPORT NETWORK AND ITS ELEMENTS
Аннотация. Рассмотрена методика формирования региональной мультимодальной транспортной сети как совокупности мультимодаль-ных транспортных коридоров и узлов для решения задач регионального значения.
Ключевые слова: мультимодальная транспортная сеть, мультимодальный транспортный коридор, регион, узлы, звенья, модель, расчетная схема, методика.
Abstract. The methodology of formation of the regional multi-modal transport network as a system of multi-modal transport corridors and nodes for the decision of tasks of regional significance is considered.
Keywords: multi-modal transport network, multi-modal transport corridor, region, nodes, links, model, scheme, method.
Как известно, большие малоосвоенные районы Дальнего Востока и северо-востока имеют слабую транспортную обеспеченность, тормозящую освоение огромных запасов природных ресурсов, от которых зависит экономическое развитие не только этих территорий, но и всей России.
В работах [1, 2] наглядно показаны результаты исследований, проведенных авторами этих монографий в начале девяностых годов ХХ в. по заданию ЦЭУ МПС и представленных в отчете [5]. Указанная работа позволила сформировать из восьмидесяти месторождений природных ресурсов 24 очага, которые необходимо соединить транспортными коммуникациями с магистральной сетью.
По мнению авторов, формирование транспортной системы Дальнего Востока и северо-востока должно комплексно решать задачи освоения природных ресурсов, снабжения северных территорий необходимыми энергоресурсами и товарами, а также социально-экономические проблемы малоосвоенных территорий.
Для реализации комплексного экономически эффективного решения проблемы опережающего развития транспорта малоосвоенных районов необходимо разработать методологию, позволяющую системно формировать многовидовую транспортную сеть Дальнего Востока и северо-востока. При этом предлагается, с учетом современных тенденций в решении сетевых задач, ввести следующую терминологию, соответствующую классификации, разработанной авторами в [1].
Учитывая тот факт, что очаги природных ресурсов и пункты, в которые необходимо обеспечить «северный» завоз грузов, обслуживаются всеми видами транспорта, введем понятие «региональная мультимодальная транспортная сеть». РМТС следует рассматривать как совокупность региональных мультимодальных транспортных коридоров и узлов, а недостаточный уровень развития транспортных коммуникаций на Дальнем Востоке и северо-востоке, с одной стороны, и жизненно важная необходимость снабжения этих огромных территорий энергоресурсами и товарами, с другой ставят задачу разработать методику формирования региональных мультимодальных транспортных коридоров (РМТК), используя в ка-
честве базиса существующие транспортные коммуникации всех видов транспорта.
При этом следует учитывать, что функционирование региональной мультимодальной транспортной сети и её элементов невозможно рассматривать без учета сбалансированного взаимодействия всех видов транспорта, участвующих в её работе. При эксплуатации существующих и формировании новых МТК как элементов МТС необходимо использовать накопленный теоретический и практический опыт идей мультимодализма при системном формировании мультимодальной транспортной сети для регионов и РФ в целом.
Мультимодальные транспортные коридоры всех уровней иерархии (МТК) представляют собой увязанную в пространстве мультимодальными транспортными узлами (МТУ) последовательность мультимодальных транспортных звеньев (МТЗ) разных видов транспорта, обеспечивающую доставку грузов любой номенклатуры от поставщиков до потребителей [1].
МТУ - мультимодальный транспортный узел - сложная технико-экономическая система, состоящая из элементов разных видов транспорта и обеспечивающая эффективное их взаимодействие.
МТЗ - мультимодальное транспортное звено, как составная часть МТК, являющееся сложной технико-экономической системой, представленной элементами одного из видов транспорта, участвующего в работе МТК, и характеризуемое параметрами системы, обеспечивающими реализацию необходимой провозной способности.
Под обликом МТС (МТК (МТУ, МТЗ)) следует понимать структурно-параметрическое представление элементов и системы в целом.
Под существующим техническим состоянием МТС и/или её элементов (МТК (МТУ, МТЗ)) предлагается понимать совокупность параметров её постоянных устройств и сооружений, способов и технологий их работы с учетом возможных изменений и отказов от воздействий внешней среды, определяющую мощность системы на исследуемый момент времени [1].
Формирование РМТС и её элементов сопряжено с необходимостью декомпозиции (вырезки) сети на элементы, представляющие из себя пункты (узлы) «северного» завоза грузов и очаги (узлы) природных ресурсов.
В работе В.Н. Лившица [6] указывается, что при рассмотрении сетей большого размера удобно производить расчеты не по всей сети, а по отдельным её элементарным полигонам. Однако, как отмечает автор, осуществить в настоящее время деление транспортной сети с нелинейными и невы-
пуклыми функциями затрат на перевозки на локальные полигоны (подсети) не удается ввиду отсутствия удовлетворительных методов определения характеристик неоднородного потока информации в местах сечения графа.
Далее автор [6] пишет, что можно, конечно, было бы осуществить двухстадийное решение: сначала приближенно решать задачу на сети в целом, не столько для получения общего плана, сколько для получения информации в сечениях, а потом, исходя из нее, производить оптимизацию уже в пределах каждого полигона.
Последнее, несмотря на отмеченные В.Н. Лившицем недостатки, представляет, на наш взгляд, наиболее приемлемый путь решения задачи по комплексному развитию региональной мультимодальной транспортной сети малоосвоенного района.
Доказательство правомерности выделения локальных элементов в теоретическом плане представляет собой сложную задачу. В связи с этим обоснование правомерности такого решения произведем на конкретных примерах, позволяющих доказать возможность деления сети на подсети, с последующим более детальным решением для них частных задач оптимизации, с достаточной степенью точности для малоосвоенных районов рассматриваемого типа на стадии долгосрочного перспективного планирования производства.
В основу методики обоснования правомерности выделения локальных местных полигонов транспортной сети в малоосвоенных районах можно положить следующие особенности рассматриваемого региона:
- специфику развития транспортно-экономических связей;
- большие расстояния между узлами и неравномерное размещение их по территории региона;
- относительно малые объемы перевозок;
- большую стоимость строительства.
На основе учета перечисленных особенностей рассмотрим порядок расчетов на конкретном примере.
Пусть задана укрупненная региональная мультимодальная транспортная сеть путей сообщения изучаемого региона. Северная его часть представляет собой совокупность малоосвоенных районов (очагов) (рис. 1), на которой изображены важнейшие грузообразующие и грузопоглощаю-щие пункты и расчетные центры очагов, а также узлы на разветвлениях сети. Известна также структура и направление существующих и перспективных транспортно-экономических связей рассматриваемого полигона, в соответствии с ко-
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
торым основная масса грузов для снабжения очагов с расчетными центрами 12-13 и 7-8 идет из узла сети 1. Существующие на момент исследования звенья сети и возможные перспективные нумеруются в любой последовательности, причем между двумя любыми узлами модели может быть несколько звеньев различных видов транспорта.
Параметры звеньев расчетной модели приведены в табл. 1.
- существующие и строящиеся магистральные железные дороги (с. ж. д.)
- - перспективные железные дороги (н. ж. д.)
- - звенья речного, морского и автомобильного транспорта
- звенья местной сети
©
узлы сети
О - узлы местной сети
© }- контуры экономического подрайона или очага с расчетными центрами
Т а б л и ц а 1
№ п/п Номер звена Вид транспорта, тип подвижного состава Расстояние, км
1 1 речной, 2000 т 1370
2 2 с. ж. д., ТТ 1700
3 3 с. ж. д., ТТ 2000
4 4 с. ж. д., ТТ 170
5 5 с. ж. д., ТТ 1500
6 6 с. ж. д., ТТ 1650
7 7 с. ж. д., ТТ 360
8 8 с. ж. д., ТТ 450
9 9 с. ж. д., ТТ 800
10 10 с. морск., 4400 т 2015
11 11 автомоб. 480
12 12 н. ж. д., ТТ 480
13 13 автомоб. 760
14 14 н. ж. д., ТТ 760
15 15 автомоб. 360
16 16 н. ж. д., ТТ 360
17 17 автомоб. 700
18 18 н. ж. д., ТТ 700
19 19 автомоб. 250
20 20 н. ж. д., ТТ 250
21 21 автомоб. 230
22 22 н. ж. д., ТТ
Рис. 1. Расчетная модель РМТС для обоснования правомерности выделения локальных её элементов
Требуется определить информацию на входах в очаги I и II для различных значений объемов перевозок.
В соответствии с методикой, разработанной в [3], для всех участков расчетной модели производится расчет дисконтированных строительно-
эксплуатационных расходов в зависимости от
различных значений объемов перевозок. Согласно [3] и на основе [4] оценка приведенных затрат на звеньях сети производится по формуле (1)
^ = Fг + ЕКг + ЕСг, (1)
где г - номер участка (звена) расчетной модели, составляющего РМТК; Fj, Кг, Сг - затраты на перевозки, необходимые капиталовложения по развитию и стоимость грузовой массы в пути рассматриваемого участка расчетной модели.
Из звеньев формируются варианты Уг развития РМТК, критерий оптимальности по которым определяется следующим образом:
V; = £ ^ = £(( + ЕК + ЕС), (2)
г=1 г=1
где ; - номер варианта развития РМТК.
В каждый вариант входит вполне определенное количество звеньев (участков). Чтобы выражение (2) можно было использовать при автоматизированном расчете критерия по вариантам, в него необходимо ввести целочисленную переменную X, которая может принимать только два значения X = 0 и X = 1 и позволит исключить из выражения (2) участки, не входящие в данный вариант. Тогда выражение (2) примет следующий вид:
V; = X = X( + ЕК, + ЕС,(3)
г=1 г=1
Если выражение (3) раскрыть относительно %
= ^ %1 + Sd2 X 2 + Sd3 X 3 + ^ + X г + - -- + " <1п X п и ^МТЪ, дотусш^ X! = 1, Xз = 1, Xг = 1 Xг+1 = 1 а остальные X = 0, то получим критерий по конкретному варианту, например 1:
уг = ^ + + + ^ , и т. д.
Если теперь представить вариант развития сети Vj по входам в отдельные очаги в виде матрицы целочисленных переменных (табл. 2), где строки представляют наличие или отсутствие звена того или иного вида транспорта с тем или иным техническим оснащением, то дисконтированные затраты по вариантам можно рассчитать по алгоритму, приведенному в [3], с введением в него одного блока по суммированию затрат по всей сети.
Т а б л и ц а 2
Фрагмент матрицы расчетной модели РМТС
1 2 j
1 0 0 0
2 0 1 0
3 0 0 0
4 0 1 0
5 0 1 0
6 0 0 0
7 0 1 0
8 0 1 0
9 0 1 0
10 0 0 0
11 0 0 0
12 1 0 0
13 0 0 1
0
i 0 0 0 1
Меняя информацию по объемам перевозок (вектор-столбец Г) [3], можно для каждого фиксированного варианта РМТК определить затраты для различных значений грузопотоков.
Анализ исходной информации о существующих транспортно-экономических связях и структуре расчетной модели рассматриваемого полигона показывает, что количество возможных вариантов «входов» в очаги I и II невелико (соответственно 3 и 2).
Анализ результатов проведенных расчетов позволяет сделать следующие выводы по информации на входах в рассматриваемые очаги:
1. При объеме перевозок до 2 млн т экономически рационально использовать 1-й вариант РМТК входа в очаг I и 7-й вариант для входа в очаг II.
2. Если объем перевозок изменяется в пределах от 2 до 10 млн. т, то экономически целесообразными являются соответственно 2-й и 8-й варианты РМТК.
3. При объемах перевозок в очаг I более 10 млн т экономически целесообразным становится 4-й вариант входа, а для очага II остается эко-
номичным 8-й вариант во всем рассматриваемом диапазоне перевозок.
Таким образом, установлено, что в очаги исследуемых малоосвоенных районов, как правило, имеют место один, два или максимум три входа РМТК, между которыми нетрудно перераспределить перевозки, а это, в свою очередь, позволяет производить выделение локальных полигонов РМТС.
В случае, когда связь очагов осуществляется с несколькими узлами сети путей сообщения общего пользования, представляет интерес установление диапазонов практической устойчивости информации на входах.
Рассмотрим для РМТС, приведенной на рис. 1 более сложную задачу, когда грузы, необходимые для развития её малоосвоенных очагов, зарождаются в нескольких узлах сети 1, 3, 5, а готовая продукция очагов I, II, III и IV должна вывозиться к узлам 1 и 5.
Необходимо установить диапазоны практической устойчивости решений по вариантам «входов» и «выходов» из рассматриваемых очагов для различных объемов перевозок.
Обязательным условием при решении задачи по предлагаемой методике является необходимость перекрытия расчетным диапазоном перевозок как существующих, так и возможных на далекую перспективу грузопотоков по узлам и звеньям расчетной модели.
На первом этапе для каждого очага решается изолированная частная задача по обеспечению его связи с сетью путей сообщения общего пользования. Пример расчета критерия оптимальности по вариантам развития сети приведен в табл. 3.
Анализ результатов показывает следующее:
1. Если объем перевозок не превышает 2 млн т, то для завоза грузов из узла 3 в очаг I экономически рациональным является вариант 5, предусматривающий осуществление перевозок по следующим звеньям: железнодорожному (3), речному (1) и строительство автомобильной дороги на звене 15.
При объеме перевозок в диапазоне от 2 до 6 млн т экономически рациональным становится вариант 6, имеющий ту же структуру, что и 5, но на звене 16 необходимо параллельно с 15 построить железную дорогу.
Если объем перевозок превысит 6 млн т, то становится экономичным 9-й вариант, предусматривающий строительство железных дорог на звеньях 22, 20 и 18 и переключение на них всего объема перевозок.
2. Экономически рациональные варианты связи очага I с узлом 5 (12, 13, 19) имеют аналогичную структуру с предыдущими (5, 6, 9), но с
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
учетом добавления существующего звена двухпутной железной дороги 6. При этом вариант 12 рационален до 2 млн т, 13 - от 2 до 6 млн т и 19 -при объемах перевозок более 6 млн т.
Т а б л и ц а 3 Расчет критерия оптимальности по вариантам
Структура вариантов Объемы перевозок, млн т
1 2 3
Входы в очаг I:
V = Sd] + Sdп 47,85 81,3 114,75
V = ^ + ^ 58,31 79,82 101,93
У3 = Sd2 + Sd2l + Sdl¡ + Sdl7 + Sdl¡ 123,52 185,41 247,3
V = \ + \2 + + ^8 + 169,66 179,2 186,74
Входы в очаг II:
V = V + Sdlз + Sdn 142,52 221,04
V = V + SdJ4 + SdJ2 189,9 214,00
V = Sd! + sd¡ + Sdí + Sdш + SdJ¡ 69,23 101,26
V = V?+Sdl2 - sdJl 74,63 99,31 123,99
Vp = V+Sdlз + sdJl 264,33 318,54
У,о = V + sdм + sdl2 301,23 313,38
От узла 5к очагу I:
у12 = sd6 + Sdз + sdl + sd¡¡ 56,98 106,28
У13 = Sd6 + Sdз + Sdl + Sd66 67,74 98,08 120,12
Уи = Sdt + Sdt + Sd2 + sd¡ + sd¡¡ 59,96 106,52
Уц = Sdí + Sd1 + Sd2 + ^ + 70,72 104,01
Уб = sd7 + Sd1 + Sd! + Sd¡ + Sd¡l 61,97 107,74
= Уи + Sd¡6 - Sdll 71,83 106,26
У„ = % + ^ + ^ + ^ + \ + 123,03 184,43
Г19 = Sd6 + Sdt + Sd11 + Sd1о + Sdl, + Sdl6 169,17 178,22 187,27
У20 = + + + + Sd1¡ 135,13 206,26
^ = Sdí + Sdl0 + Sd¡2 + Sdм + Sd¡í 102,70 160,26
3. Для связи очага II с любым из узлов общего пользования в диапазоне перевозок до 2 млн т экономически целесообразным являются варианты с выходом к узлу 6 и перевалкой грузов на морской транспорт.
4. Если объем перевозок 2 млн т, то экономически целесообразным становятся варианты, для осуществления которых необходимо построить дорогу на звене 12.
5. Для связи очагов III и IV с сетью путей сообщения общего пользования экономически целесообразными являются два типа вариантов:
а) в диапазоне перевозок до 2 млн т, для которого необходимо усилить звенья существующих автомобильных дорог 21, 19 до третьей технической категории;
б) в диапазоне перевозок более 2 млн т, в соответствии с которым необходимо построить железную дорогу на звеньях 20 и 22.
6. Если звенья железных дорог 20 и 22 построены независимо от потребностей очага I, то экономическая рациональность сооружения железных дорог на звеньях 18 и 16 наступает при грузопотоках 7 млн т - вариант 3.
Проведенный анализ позволяет определить устойчивую информацию по входам в очаги исследуемого региона для широкого диапазона перевозок, которую легко увязать с реальными грузопотоками по экономически рациональным вариантам РМТК, которые образуют в своей совокупности РМТС данного региона.
С экономической точки зрения перспективные грузопотоки не приводят к необходимости создания сквозного меридионального железнодорожного хода для соединения очагов I, II, III и IV.
Если в связи с необходимостью учета факторов, не поддающихся денежной оценке (стратегического или социального), и опережающей роли транспорта в развитии малоосвоенных районов в перспективе потребуется построить звенья будущей меридиональной опорной линии, то необходимо будет уточнить информацию на входах в очаги путем перераспределения перевозок между рассматриваемыми вариантами РМТК.
Тем не менее количество «входов» и «выходов» для рассматриваемых очагов не изменится, а произойдет лишь качественное улучшение. В связи с этим можно сделать окончательный вывод о том, что для регионов рассматриваемого типа (к которым целиком можно отнести северо-восток и север Дальнего Востока) на стадии долгосрочного перспективного планирования целесообразно производить анализ информации по входам в очаги и подрайоны по предполагаемой методике и производить вырезку подсетей, с последующими детальными расчетами по вариантам развития региональной мультимодальной транспортной сети.
При дальнейшем совершенствовании приведенной в настоящей статье методики необходимо ввести в расчеты учет факторов риска и неопределенности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гончарук, С.М. Методологические основы проектирования этапного развития облика и мощности мультимодальной транспортной сети / С.М. Гончарук, Вл.А. Анисимов, Н.С. Нестерова, Н.А. Лебедева. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2012. - 242 с.
Современные технологии. Транспорт. Энергетика. Строительство. _Экономика и управление_
2. Быков, Ю.А. Проблемы проектирования облика и мощности новых железных дорог и пути их решения (системный подход)/Ю.А.Быков, С.М. Гончарук. Хабаровск - 2004. - 239 с.
3. Гончарук, С.М. Вопросы развития и проектирования опорных и местных транспортных сетей малоосвоенных районов: Дисс.... канд. техн. наук. - М, 1975. - 194 с.
5. Сопоставимые издержки разных видов транспорта при перевозке грузов. М.: Транспорт, 1972. - 488 с.
5. Научно-обоснованная концепция вариантов развития сети железных дорог для транспортного обеспечения комплексного освоения природных ресурсов Восточного и Дальневосточного экономических регионов: Отчет о НИР. -Хабаровск: ДВГУПС, 1993. - 98 с.
6. Левит, Б.Ю. Нелинейные сетевые транспортные задачи / Б.Ю. Левит, В.Н. Лившиц. - М.: Транспорт, 1972. - 144с.
УДК 519.6:311 Краковский Юрий Мечеславович,
д. т. н., профессор, профессор кафедры ИС и ЗИ, Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 89149267772
Домбровский Игорь Андреевич, соискатель, Иркутский государственный университет путей сообщения
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГРУЗОВЫХ ПЕРЕВОЗОК УЛАН-БАТОРСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
Y.M. Krakovsky, I.A. Dombrovsky
PREDICTING INDICATORS OF ULAANBAATAR RAILWAY
FREIGHT TRAFFIC
Аннотация. Проведено прогнозирование базовых показателей (объем грузов и грузооборот) грузовых перевозок для Улан-Баторской железной дороги на 2013 и 2014 годы. При прогнозировании помимо статистических данных используются три вида точечных экспертных оценок: оптимистические, вероятные и пессимистические.
Ключевые слова: прогнозирование, грузовые перевозки, статистическая и экспертная информация, перевозочный процесс железнодорожным транспортом.
Abstract. Freight traffic basic indicator (volume of cargoes and freight turnover) prediction is conducted for the Ulaanbaatar Railway for 2013 and 2014. Three types of point expert ratings are used in addition to statistical data: optimistic, probable and pessimistic.
Keywords: forecasting, freight traffic, statistical and expert information, rail transportation process.
Введение
Важнейшим комплексным показателем эффективности перевозочного процесса является безопасность движения поездов различного назначения. Реализация безопасности движения требует прогнозирования возможного появления негативных событий с тем, чтобы, используя контрмеры, значительно уменьшить вероятность появления
этих событий. Следует подчеркнуть, что это достаточно сложная задача, требующая, помимо математических методов, привлечения средств интеллектуальной поддержки.
Более простой, но важной для практики является задача прогнозирования базовых показателей деятельности предприятий, участвующих в перевозочном процессе.
В работе [1] проведен статистический анализ региональных пассажирских железнодорожных перевозок дальнего следования. Эта работа проведена в рамках исследования «Анализ динамики объемных, качественных, экономических показателей деятельности железнодорожного пассажирского транспорта и краткосрочное прогнозирование на уровне региональных структур».
В данной работе подобный анализ проведен применительно к грузовым перевозкам Улан-Баторской железной дороги (УБЖД).
Удельный вес железнодорожного транспорта в суммарном грузообороте Монголии составляет более 80 %. УБЖД обслуживает крупнейшие угольные разрезы, рудники, тепловые электростанции, металлургические предприятия и другие промышленные предприятия страны. Наиболее крупными предприятиями являются: угольные разрезы Багануур, Шивээ-Овоо, Олон-Овоо и Шарынгол; Эрдэнэтский горно-обогатительный, Дархан-
