Удосконалення методу визначення резервів часу у нитках графіку на основі моделювання розповсюдження затримок поїздів

Abstract

UA: Дисертацію присвячено питанню підвищення надійності та ефективності перевезень на залізничному транспорті України на основі удосконалення методу визначення резервів часу в нитках графіка з використанням моделювання розповсюдження затримок поїздів. Формалізовано процес розповсюдження затримок поїздів на залізничній дільниці на основі модифікації математичної епідеміологічної SIR-моделі, яка дозволяє чисельно оцінити швидкість впливу поїздів різних категорій і величини їхніх резервів компенсації часу при русі на надійність нормативного графіка руху поїздів. На основі розробленої SIR-моделі сформовано метод моделювання розповсюдження затримок поїздів на розгалужених залізничних полігонах для пошуку раціональних резервів часу на відновлення руху поїздів різних категорій залежно від кількості затриманих поїздів у графіку руху. Цей метод дозволяє врахувати поширення первинної затримки у просторі і часі за рахунок представлення топології залізничної мережі у вигляді неорієнтованого графа з прив’язкою до ребра графа математичної системи диференціальних рівнянь SIR-моделі. Це дозволяє пришвидшити точність складних і тривалих розрахунків поширення затримок поїздів з урахуванням впливу «мережевого ефекту». Для практичного застосування запропоновано вимоги до створення автоматизованої підсистеми визначення раціональних резервів часу в нитках графіка на основі запропонованого комплексу математичних моделей для можливості промислової реалізації програмних інструментів для визначення величин резервів часу у нормативних графіках руху поїздів до введення їх у дію. RU: Диссертация посвящена вопросу повышения надежности и эффективности перевозок на железнодорожном транспорте Украины на основе совершенствования метода определения резервов времени в нитках графика с использованием моделирования распространения задержек поездов. Формализован процесс распространения задержек поездов на железнодорожном участке на основе модификации математической эпидемиологической SIR-модели, которая позволяет численно оценить скорость воздействия поездов различных категорий и величины их резервов компенсации времени при движении на надежность нормативного графика движения поездов. На основе разработанной SIR-модели сформирован метод моделирования распространения задержек поездов на разветвленных железнодорожных полигонах для поиска рациональных резервов времени на восстановление движения поездов различных категорий в зависимости от количества задержанных поездов в графике движения. Этот метод позволяет учесть распространение первичной задержки в пространстве и времени за счет представления топологии железнодорожной сети в виде неориентированного графа с привязкой к ребру графа математической системы дифференциальных уравнений SIR-модели. Это позволяет ускорить точность сложных и длительных расчетов распространения задержек поездов с учетом влияния «сетевого эффекта». Для практического применения предложены требования к созданию автоматизированной подсистемы определения рациональных резервов времени в нитках графика для возможности промышленной реализации программных инструментов для определения величин резервов времени в нормативных графиках движения поездов до введения их в действие. EN: The dissertation is devoted to the question of increase of reliability and efficiency of transportations on the railway transport of Ukraine on the basis of perfection of a method of definition of time reserves in threads of the schedule with use of modeling of distribution of delays of trains. The analysis of the conditions of functioning of the railway transport of Ukraine under the current system of setting time reserves in the train schedule revealed that with a stable trend of falling freight base decreases the average speed of the car in the network. It was found that delays in the network have a detrimental effect on the delivery time of goods. This indicates significant problems in the system of planning the flow of trains and the lack of a sufficient level of reliability of the train schedule. One of the ways to increase the reliability of train traffic is to improve the method of determining time reserves in the schedule on the basis of automation of calculations of modeling the propagation of train delays. In the dissertation work for railway systems without observance of the schedule of departure of freight trains the procedure of definition of time reserves in schedule threads on the basis of modeling of distribution of delays of trains of different categories is theoretically substantiated. The process of spreading train delays at the railway station has been formalized on the basis of a modification of the mathematical epidemiological SIR-model, which allows to numerically assess the speed of trains of different categories and the size of their reserves to compensate for the reliability of the normative train schedule. This macro-level approach to modeling the propagation of train delays involves the application of machine learning to gain knowledge of real train delays at the site when searching for parameters of differential equations of the SIR model and modeling the propagation of delay with different speeds. Based on the developed SIR-model, a method of modeling the propagation of train delays at branched railway landfills for finding rational time reserves for the resumption of trains of different categories depending on the number of delayed trains in the schedule is formed. This method allows to take into account the propagation of the primary delay in space and time by representing the topology of the railway network in the form of an undirected graph with reference to the edge of the graph of the mathematical system of differential equations of the SIR model. This allowed to unify the process of building SIR-models for each section of the network graph and reduce the dimension of the problem. To account for the impact of the “network effect”, it is proposed to determine the transit coefficient for each station of the station. This factor allows you to calculate the number of detained trains to adjacent sections. To adjust the SIR-models, it is proposed to use empirical data on the distribution of the average delay in the normative schedule of traffic in the relevant section. The developed method of modeling the propagation of train delays on branched railway tracks allows to accelerate the accuracy of complex and lengthy calculations of the spread of train delays taking into account the impact of the "network effect". For practical application, the requirements for the creation of an automated subsystem for determining rational time reserves in the graphics are proposed on the basis of the proposed set of mathematical models for the possibility of industrial implementation of software tools for determining time reserves in normative train schedules before putting them into operation. Recommendations for the application of an improved method for determining time reserves in the schedule threads based on modeling the distribution of train delays in the preparation of fracturing in the implementation of scheduled scheduling and the introduction of an experiment on access of private locomotives to public railway infrastructure.