CC BY
12
УДК 656.02
Развитие научно-технических основ повышения эффективности функционирования транспортной системы при взаимодействии интенсивных и малодеятельных линий
К. Е. Ковалев, А. В. Новичихин
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Для цитирования: Ковалев К. Е., Новичихин А. В. Развитие научно-технических основ повышения эффективности функционирования транспортной системы при взаимодействии интенсивных и малодеятельных линий // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2021. - Т. 18. - Вып. 2. - С. 169-176. Б01: 10.20295/1815-588Х-2021-2-169-176
Аннотация
Цель: Рассматриваются решения проблемы функционирования малодеятельных железнодорожных линий, характеристика подхода к повышению эффективности функционирования транспортной системы при взаимодействии интенсивных и малодеятельных линий. Методы: Применяются методы анализа и синтеза, теория систем, математического моделирования. Результаты: Разработаны принципы управления транспортной сетью и выполнена математическая постановка задачи повышения эффективности функционирования малодеятельных линий. Дополнена классификация существующих малодеятельных линий с целью разработки для них более точных сценариев повышения доходности и развития. Графически описана модель управления интенсивных и малодеятельных линий, управляющей системы, состоящей из структурных подразделений ОАО «РЖД» и органов региональной власти региона, с учетом внешних воздействующих факторов, потребностей населения и предприятий в перевозках и их удовлетворенность, а также технических, технологических и информационных ресурсов. Предложена концептуальная структура модели управления интенсивными и малодеятельными линиями. Практическая значимость: Представлен комплекс показателей для оценки работы малодеятельных линий, включающий количественные технические, технологические и экономические параметры, а также показатели оценки качества транспортного обслуживания. Определены этапы жизненного цикла железнодорожных линий и даны сценарии развития и эксплуатации малодеятельных линий.
Ключевые слова: Железнодорожный транспорт, подход к управлению, малодеятельные линии, интенсивные линии, управление перевозками.
Введение
В современных технико-технологических и экономических условиях на железнодорожном транспорте в Российской Федерации сложилась тенденция к разделению линий по массовости эксплуатации и приоритетному использованию интенсивных линий, которые обеспечивают дви-
жение магистральных вагонопотоков и входят в международные транспортные коридоры, примыкают к портам и другим крупным передаточным транспортным узлам. В настоящее время большинство актуальных научных исследований направлено на повышение пропускной способности инфраструктуры железнодорожного транспорта именно на интенсивных линиях, что,
в свою очередь, негативно отражается на развитии подходов к управлению перевозками на малодеятельных линиях [1-3].
Современные тенденции развития малодеятельных линий (например, [4, 5]) направлены на: 1) повышение эффективности использования подвижного состава за счет рельсовых автобусов и частичного применения локомотивов малой мощности; 2) совершенствование организации движения посредством внедрения современных цифровых сервисов автоматизированных систем управления и выполнения обеспечивающих перевозочный процесс операций; 3) снижение затрат на использование инфраструктуры за счет совмещения профессий и должностей оперативного персонала участков, сокращение видов и периодичности осмотров состояния технических устройств.
Существующие нерентабельные малодеятельные железнодорожные линии, размеры движения на которых низкие, с экономической точки зрения целесообразно консервировать или полностью демонтировать. Но такие линии выполняют важную социальную роль - создание резерва пропускной и провозной способностей линий на перспективных территориях при миграции полюсов роста экономики нашей страны.
Одними из наиболее значимых исходных данных для проектирования железнодорожных линий являются прогнозируемые размеры грузопотоков и пассажиропотоков на линии на определенном перспективном периоде. Но в процессе эксплуатации железнодорожной линии грузопотоки могут существенно меняться, что связано с миграцией населения, ростом или спадом производства, различными политическими и социальными изменениями и обстоятельствами, которые невозможно учесть при проектировании и строительстве железнодорожных линий. Следует отметить, что большинство мероприятий по реконструкции и ремонту железнодорожных линий разрабатывается и применяется на интенсивных линиях.
К настоящему времени нет инструментария планирования структурных изменений условий эксплуатации железных дорог, учитывающего
условия снижения размеров движения на малодеятельных линиях [6-8]. При размерах движения ниже шести пар поездов в сутки переводит железнодорожную линию в разряд малодеятельных и нерентабельных. Отсутствует методологический подход по выходу из убыточного положения малодеятельных линий, стимулирования новых или перераспределения действующих перевозок. Перманентные изменения внешних условий функционирования предъявляют новые требования к разработке, адаптивности и конкретизации в практических условиях эффективных методов и соответствующего инструментария повышения доходности линий, связанных с привлечением грузопотоков и пассажиропотоков на малодеятельные участки. Закрытие малодеятельных линий является малопривлекательным сценарием для государства и участников перевозочного процесса ввиду их важного социально-экономического значения [9].
Таким образом, развитие научно-технических основ повышения эффективности транспортной системы при взаимодействии интенсивных и малодеятельных линий, в том числе подхода и соответствующего инструментария для управления перевозками, актуально в теоретическом и практическом аспектах.
Подход к управлению взаимодействием интенсивных и малодеятельных линий
Для увеличения эффективности функционирования транспортной системы при взаимодействии интенсивных и малодеятельных линий предлагается подход, направленный на устранение неопределенностей и изменение структуры транспортных потоков. Он основывается на следующих принципах:
принцип 1 - согласованное индикаторное управление при взаимодействии интенсивных и малодеятельных линий;
принцип 2 - мониторинг функционирования и перехода в другую категорию интенсивных и малодеятельных направлений;
принцип 3 - декомпозиция и комплексиро-вание элементов системы управления и транспортной инфраструктуры для обеспечения си-нергетического эффекта развития;
принцип 4 - использование динамического скользящего горизонта при планировании процессов взаимодействия интенсивных и малодеятельных линий;
принцип 5 - обеспечение нормативного баланса провозной и пропускной способностей транспортной сети без существенного увеличения ее протяженности;
принцип 6 - устойчивость функционирования малодеятельных железнодорожных линий к внешним негативным воздействиям;
принцип 7 - привлечение государственных субсидий и инвестиций на развитие инфраструктуры и стимулирование клиентов к перевозкам по малодеятельным линиям.
Интенсивные направления часто испытывают затруднения в продвижении транспортных потоков, связанных с неравномерностью движения и техническими неисправностями. Частично снизить неравномерность движения можно за счет резервов пропускной способности малодеятельных линий.
Для эффективного использования малодеятельных линий необходима их четкая классификация. Существующие классификации выделяют транзитные, тупиковые и примыкающие к границе участков малодеятельные линии [10].
В настоящей работе будет дополнена существующая классификация другими видами малодеятельных линий, в частности перспективными и стагнирующими. Это обеспечит разработку сценариев развития и эксплуатации малодеятельных линий при различных проблемных ситуациях и скользящего горизонта планирования.
Система управления взаимодействием малодеятельных и интенсивных железнодорожных линий
При разработке структуры системы управления вычленены процессы взаимодействия
объекта управления, состоящего из интенсивных, малодеятельных и проектируемых линий, и управляющей системы, включающей подразделения ОАО «РЖД» и органы исполнительной власти.
На входе концептуальной структуры системы управления интенсивными, малодеятельными и проектируемыми железнодорожными линиями учитывает потребности населения и предприятий в перевозках вектор У(Т) (рисунок). Под воздействиями внешней среды понимаются изменения спроса и предложения на перевозки, размеров погрузки и выгрузки, сезонность перевозок и политические решения в сфере транспорта.
Объект управления состоит из интенсивных, проектируемых, малодеятельных линий и взаимосвязей между ними. Характеристиками объекта управления являются вектора входных Ж(Т) и выходных величин У(Т), а также состояния 5(7).
Управляющая система включает подразделения ОАО «РЖД» по планированию перевозок, структурных подразделений, осуществляющих перевозки, и подразделений по учету малодеятельных линий, а также органов местной исполнительной власти по планированию перевозок и компенсированию убытков за пассажирские железнодорожные перевозки.
Управляющие воздействия и(7) в соответствии с целью управления X(t) направлены на объект с учетом оценок векторов контролируемых внешних воздействий и контролируемых переменных состояний У (Т). На выходе У({) определяется удовлетворенность населения и предприятий в перевозках.
Комплекс показателей взаимодействия интенсивных, малодеятельных и проектируемых железнодорожных линий
В качестве характеристик взаимодействия интенсивных, проектируемых и малодеятельных линий определяются количественные и ка-
Концептуальная структура системы управления интенсивными, малодеятельными и проектируемыми железнодорожными линиями
чественные показатели работы транспортной системы. Для комплексной оценки количественные показатели выделены в качестве технических, технологических и экономических:
1. Грузонапряженность на участке, млн т-км брутто/км в год:
Г(*) = 365(0ф • пф + а • Пп) • а,
где 0гр, 0п - масса соответственно грузовых и пассажирских поездов, т; пгр, пп - количество грузовых и пассажирских поездов, шт.; а - коэффициент неравномерности движения.
2. Количество вагонов с местными операциями на рассматриваемом полигоне взаимодействия интенсивных и малодеятельных линий:
/ П . Б . П . В
П(0м = пи + пи + пм + пм,
здесь, пи, пи - количество погруженных и выгруженных вагонов на прилагаемой к малодеятельной интенсивной линии; пМ, пМ - количе-
' М ~ М
ство погруженных и выгруженных вагонов на малодеятельной линии.
Выполнение плана по работе с местными вагонами является основным источником дохода для малодеятельных линий. За счет этой категории вагонов, осуществления подач и уборок вагонов, обслуживания путей необщего пользования получается доход от эксплуатации малодеятельной линии.
3. Резерв пропускной способности малодеятельных линий N в парах поездов за сутки:
N' =
N
реализ
(1440 - К
пер
где Ыреализ - реализованная пропускная спо-
собность; ¿тех - продолжительность технологического окна; ан - коэффициент надежности работы технических устройств; Гпер - период графика на ограничивающем перегоне.
4. Ресурсоемкость малодеятельных линий:
Рдл (t) =
З
_ млд
тмлд
здесь Змлд - затраты на функционирование малодеятельных линий; тмлд - масса перевозимых грузов на малодеятельных линиях.
Устойчивость транспортной системы М¥(х) к изменениям транспортных потоков предлагается установить с помощью нечетких множеств и записи треугольной формы задания функции принадлежности. При рассмотрении модели управления транспортная система является статичной, а входной и выходной поток динамичные.
Таким образом, функция принадлежности М определяется численными значениями ранее рассчитанных показателей по формуле
MF (x) =
1 --
Рмдл (t) - x
Р™, (t) - Г^)
, Г(t) < x < Рмдл (t)
1 --
мдл
x - P
,(t)
Nt - P
p мдл
(t)
Рмдл (t) < x < Np ,
0, в остальных случаях x,
в которой Г(/) - грузонапряженность на участке, Рмдл () - ресурсоемкость малодеятельных линий, Ыр - резерв пропускной способности малодеятельных линий, х - значение функции МБ (х) в точке.
Состояние системы 2({) есть функция Бс совокупности свойств ее элементов, которое можно представить выражением
Z (t) = Fc((f(t), n(t )м, N'p, Рмдл (t), MF (x)).
Интенсивные линии в качестве свойств элемента имеют приведенную грузонапряженность и техническую скорость, малодеятельные ли-
нии - размеры движения и тонно-километры работы, новые линии - приведенную грузонапряженность, чистый дисконтированный доход и эксплуатационные расходы на обслуживание
линии.
Сценарии функционирования малодеятельных линий
Содержание и диапазоны целевых значений количественных и качественных показателей для малодеятельных, интенсивных и проектируемых линий, определяемые на основе модели управления, в зависимости от этапа «жизненного цикла железнодорожной линии» различаются.
Под «жизненным циклом линии» понимается определение состояния железнодорожной линии по набору индикаторов для разработки сценариев ее развития, направленных на повышение доходности за счет использования существующей инфраструктуры.
Жизненный цикл железнодорожной линии можно разделить на следующие этапы:
1) оценка потребности в перевозках на данном направлении;
2) разработка и проектирование;
3) строительство;
4) выход на проектную мощность;
5) активная эксплуатация железнодорожной линии;
6) спад производительности, определение линии к категории малодеятельных (убыточность линии).
После отнесения линии к категории малодеятельных существуют несколько устоявшихся сценариев функционирования среди них:
1) повышение интенсивности движения на малодеятельных линиях;
2) консервирование линии;
3) передача линии сторонним организациям в пользование;
4) полный демонтаж линии.
Каждый из сценариев может быть реализован на малодеятельных линиях. Но необходим на-
учно обоснованный подход, позволяющий дать количественную и качественную оценки того или иного сценария функционирования с учетом промышленной и экономической обстано-вок.
Помимо традиционных возможны также альтернативные сценарии функционирования малодеятельных линий, например:
1) туристический маршрут линии. Возможна организация круглогодичных туристических поездок по достопримечательностям, расположенным рядом с малодеятельной железнодорожной линией;
2) переход от железнодорожной линии к автомобильной. В таких случаях технологически возможна переквалификация железной дороги в автомобильную. Технологически это не требует больших затрат на земляные работы, так как линия с подходящими уклонами уже имеется. На автомобильном транспорте допускаются более крутые значения вертикальных и горизонтальных углов поворота трассы. Для этого необходимы снятие части верхнего строения пути, досыпка балластной призмы до необходимого количества полос автомобильного движения и обочины и асфальто-укладочные работы;
3) продление тупиковой железнодорожной линии до близлежащих узловых станций и переход из тупиковой в транзитную, что позволит перераспределить избыточный вагонопоток на интенсивных направлениях;
4) использование инфраструктуры малодеятельных линий для отстоя избыточного вагонного парка.
Заключение
Повышение эффективности эксплуатации малодеятельных линий в современных условиях является важной социально-экономической проблемой для нашей страны. В статье представлено решение проблемы эффективного функционирования и развития методологии управления перевозками на малодеятельных же-
лезнодорожных линиях. Разработаны принципы и теоретические положения решения задач функционирования малодеятельных железнодорожных линий и их взаимодействия с интенсивными.
Предложены сценарии функционирования малодеятельных линий. Реализация одного из них не исключает перехода между другими вариантами в зависимости от жизненного цикла малодеятельной линии. Современные экономические условия определяют постоянные колебания спроса на перевозки железнодорожным транспортом, в этой связи необходимо иметь эффективные решения для гибкого использования существующей инфраструктуры.
Библиографический список
1. Юшков М. Е. Организация использования инфраструктуры малодеятельных железнодорожных линий на основе интегральной оценки их деятельности : автореф. дис. ... канд. техн. наук / М. Е. Юшков. - Екатеринбург : Урал. гос. ун-т путей сообщения, 2015. - 22 с.
2. Кириленко О. Н. Экономическая эффективность методов эксплуатации малодеятельных линий / О. Н. Кириленко // Экономика железных дорог. -2014. - № 8. - С. 79-85.
3. Вакуленко С. П. Малодеятельные линии: состояние и варианты оптимизации / С. П. Вакуленко,
A. В. Колин, Н. Ю. Евреенова // Мир транспорта. -2017. - Т. 15. - № 3 (70). - С. 174-180.
4. Никитин А. Б. Возможность внедрения цифровой радиосвязи и организации передачи данных между станциями на малодеятельных линиях / А. Б. Никитин, И. В. Кушпиль // Автоматика на транспорте. -2019. - Т. 5. - № 1. - С. 45-61.
5. Никитин А. Б. Новый подход к организации движения поездов на малодеятельных линиях ОАО «РЖД» / А. Б. Никитин, И. В. Кушпиль, И. М. Кокурин,
B. А. Шаров // Автоматика на транспорте. - 2018. -Т. 4. - № 4. - С. 561-579.
6. Ковалев К. Е. Модель загруженности оперативно-диспетчерского персонала на малодеятельных ли-
ниях / К. Е. Ковалев, В. Л. Белозеров, В. А. Шаров // Автоматика на транспорте. - 2020. - Т. 6. - № 3. -С. 294-308.
7. Смирнов Н. В. Проблемы организации внешних железнодорожных перевозок / Н. В. Смирнов, А. В. Новичихин, В. А. Буйвис // Вестн. Сиб. индустриал. ун-та. - 2018. - № 2 (24). - С. 54-57.
8. Балаганская А. С. Организация работы железнодорожных участков малодеятельных линий // Научные труды SWorld. - 2016. - Т. 1. - № 2 (43). - С. 2328.
9. Епишкин И. А. Причины появления малодеятельных линий в РФ / И. А. Епишкин, К. В. Фио-
нова // Транспортное дело России. - 2018. - № 6. -С. 262-264.
10. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий / Т. Саати. - М. : Радио и связь, 1993. -278 с.
Дата поступления: 19.04.2021 Решение о публикации: 12.05.2021
Контактная информация:
КОВАЛЕВ Константин Евгеньевич - канд. техн. наук; kovalev@pgups.ru
НОВИЧИХИН Алексей Викторович - д-р техн. наук, доц.; novitchihin@bk.ru
Evolution of scientific and technical foundations for the transport system efficiency improvement with the interaction of heavy- and low-traffic lines
K. E. Kovalev, A. V. Novichikhin
Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Kovalev K. E., Novichikhin A. V. Evolution of scientific and technical foundations for the transport system efficiency improvement with the interaction of heavy- and low-traffic lines. Proceedings of Petersburg Transport University]. Saint Petersburg, Petersburg State Transport University, 2021, vol. 18, iss. 2, pp. 169-176. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2021-2-169-176
Summary
Objective: The solutions to the problem of low-traffic railway lines functioning has been considered, and the approach to improving the efficiency of the transport system with the interaction of heavy-and low-traffic lines has been characterized. The transport network management principles have been developed and the mathematical formulation of the problem of increasing the low-traffic lines efficiency has been carried out. The authors have supplemented the classification of existing low-traffic lines in order to develop more accurate scenarios for increasing profitability and promoting development of low-traffic lines. The article provides a graphic model of heavy- and low-traffic lines management, a control system comprising structural divisions of JSC Russian Railways and regional authorities, taking into account external factors, the demands of the population and enterprises in transportation and their satisfaction, and technical, technological and information resources. Methods: Methods of analysis and synthesis, systems theory, and mathematical modeling have been used. Results: The conceptual structure of the management model for heavy- and low-traffic lines is proposed. Practical importance: A set of indicators for assessing the low-traffic lines performance characteristics is provided, including quantitative technical, technological and economic parameters, as well as indicators for assessing the quality of transport services. The railway line life cycle stages have been determined and the development and operation scenarios for the low-traffic lines have been given.
Keywords: Railway transport, management approach, low-traffic lines, heavy-traffic lines, traffic management.
References
1. Yushkov M. E. Organizatsiya ispol'zovaniya in-frastruktury malodeyatel'nykh zheleznodorozhnykh liniy na osnove integral'noy otsenki ikh deyatel'nosti. Avtoreferat dis. ... kandidata tekhnicheskikh nauk [Organization of the low-traffic railway lines infrastructure operation based on an integral assessment of their activities. Abstract of thesis PhD in Engineering]. Yekaterinburg, Ural State Transport University Publ., 2015, 22 p. (In Russian)
2. Kirilenko O. N. Ekonomicheskaya effektivnost' metodov ekspluatatsii malodeyatel'nykh liniy [Economic efficiency of methods of operation of low-traffic lines]. Ekonomikazheleznykh dorog [Railway Economy], 2014, no. 8, pp. 79-85. (In Russian)
3. Vakulenko S. P., Kolin A. V. & Evreenova N.Yu. Malodeyatel'nyye linii: sostoyaniye i varianty optimizatsii [Low-traffic lines: condition and optimization options]. Mir transporta [Worldof transport], 2017, vol. 15, no. 3 (70), pp. 174-180. (In Russian)
4. Nikitin A. B. & Kushpil' I. V. Vozmozhnost' vne-dreniya tsifrovoy radiosvyazi i organizatsii peredachi dan-nykh mezhdu stantsiyami na malodeyatel'nykh liniyakh [Possibility of introducing digital radio communication and organizing data exchange between stations on low-traffic lines]. Avtomatika na transporte [AutomaticEquipment in Transport], 2019, vol. 5, no. 1, pp. 45-61. (In Russian)
5. Nikitin A. B., Kushpil' I. V., Kokurin I. M. & Sha-rov V.A. Novyy podkhod k organizatsii dvizheniya poyez-dov na malodeyatel'nykh liniyakh OAO "RZhD" [A new approach to organizing the movement of trains on low-traffic lines of JSC Russian Railways]. Avtomatika na transporte [Automatic Equipment in Transport], 2018, vol. 4, no. 4, pp. 561-579. (In Russian)
6. Kovalev K. E., Belozerov V. L. & Sharov V. A. Model' zagruzhennosti operativno-dispetcherskogo perso-nala na malodeyatel'nykh liniyakh [Workload model ofthe operational dispatching personnel on low-traffic lines]. Avtomatika na transporte [Automatic Equipment in Transport], 2020, vol. 6, no. 3, pp. 294-308. (In Russian)
7. Smirnov N. V., Novichikhin A. V. & Buyvis V.A. Problemy organizatsii vneshnikh zheleznodorozhnykh perevozok [Problems of the organization of foreign railway transportation]. Bulletin ofthe Siberian State Industrial University, 2018, no. 2 (24), pp. 54-57. (In Russian)
8. Balaganskaya A. S. Organizatsiya raboty zheleznodorozhnykh uchastkov malodeyatel'nykh liniy [The organization of work of railway sections of low-active lines]. Research papers ofSWorld, 2016, vol. 1, no. 2 (43), pp. 23-28. (In Russian)
9. Epishkin I.A. & Fionova K. V. Prichiny poyav-leniya malodeyatel'nykh liniy v RF [Causes of low-density lines in the Russian Federation]. Transportnoye delo Rossii [Transport business in Russia], 2018, no. 6, pp. 262-264. (In Russian)
10. Saaty T. Prinyatiye resheniy. Metodanaliza iyerar-khiy [Decision making. The analytic hierarchy process]. Moscow, Radio i svyaz' Publ., 1993, 278 p. (In Russian)
Received: April 19, 2021 Accepted: May 12, 2021
Author's information:
Konstantin E. KOVALEV - PhD in Engineering; kovalev@pgups.ru
Aleksey V. NOVICHIKHIN - Dr. Sci. in Engineering, Associate Professor; novitchihin@bk.ru
