Transport automation research Transport automation research Автоматика на транспорте 2412-9186 69992 10.20295/2412-9186-2023-9-03-274-282 Электронное моделирование Electronic simulation Электронное моделирование Method for Determining Dynamic Priorities of Cargo Operations for Optimizing the Use of Self-Propelled Units in Railway Industrial Transport and Technological Systems Метод нахождения динамических приоритетов грузовых операций для оптимизации работы самоходных подвижных единиц в железнодорожных промышленных транспортно-технологических системах Гончарова Наталья Александровна Goncharova Natal'ya Aleksandrovna Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) Москва Россия Moscow Aviation Institute Moscow Russian Federation Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Институт машиностроения, материалов и транспорта, Высшая школа транспорта Санкт-Петербург Россия Institute of Mechanical Engineering, Materials and Transport, Higher School of Transport Saint-Petersburg Russian Federation 09 09 2023 09 09 2023 9 3 274 282 08 09 2023 https://atjournal.ru/en/nauka/article/69992/view

Рассматривается применение аппарата нечеткой логики в задачах оптимизации последовательности выполнения операций, требующих задействования самоходных подвижных единиц на промышленном железнодорожном транспорте. Проанализированы последствия использования в качестве приоритетов операций константных значений, вычисленных аналитическим путем. Описываются тип дисциплины очереди и специфика ограничений на пребывание заявок в очереди, характерные для железнодорожных промышленных транспортно-технологических систем. Исследуются преимущества и недостатки существующих методов выстраивания в очередь грузовых операций, предусмотренных суточным планом работы, в железнодорожных промышленных транспортно-технологических системах. Выявлены ограничения, возникающие при использовании методов классической теории расписаний. Нахождение оптимальной последовательности операций в железнодорожных промышленных транспортно-технологических системах предполагает планирование движения для нескольких подвижных единиц одновременно, что не рассматривается в классической теории графов. Классическая задача нахождения кратчайшего пути и ее известные алгоритмы решения работают только со статичными графами, а для железнодорожных промышленных транспортно-технологических систем характерны быстрые изменения состояния графа. Проанализированы проблемы, вызванные динамичностью состояния графа в железнодорожных промышленных транспортно-технологических системах. Применение методов нечеткой логики позволит выстраивать оптимальную последовательность выполнения операций на базе неполной и неточной информации и решать ряд задач оперативного планирования грузовых операций без точных вычислений. Ожидаемым результатом применения метода нахождения динамических приоритетов операций, реализованного в нейро-нечетком модуле, является повышение адаптивности оперативного планирования грузовой работы и сокращение времени задействования и потребного количества самоходных подвижных единиц.

The application of fuzzy logic is considered in optimizing the sequence of operations that involve the use of self-propelled units in industrial railway transportation. The consequences of using constant values calculated analytically as operation priorities have been analyzed. The type of queue discipline and the specifics of constraints on the stay of requests in the queue, characteristic of railway industrial transport and technological systems, are described. The advantages and disadvantages of existing methods for queuing freight operations specified in the daily work plan in railway industrial transport and technological systems are investigated. Limitations arising from the use of classical scheduling theory methods have been identified. Finding the optimal sequence of operations in railway industrial transport and technological systems involves simultaneous movement planning for multiple mobile units, which is not considered in classical graph theory. The classical problem of finding the shortest path and its known solving algorithms only work with static graphs, while railway industrial transport and technological systems are characterized by rapid changes in the graph's state. The problems caused by the dynamic nature of the graph's state in railway industrial transport and technological systems have been analyzed. The application of fuzzy logic methods will enable the construction of an optimal sequence of operations based on incomplete and imprecise information and address several operational planning tasks for freight operations without precise calculations. The expected result of applying the method for determining dynamic operation priorities implemented in the neuro-fuzzy module is an increase in the adaptability of operational planning for freight operations and a reduction in the time of engagement and the required number of self-propelled mobile units.

 оперативное управление вагонопотоком время ожидания в очереди дисциплина очереди назначение приоритетов оптимизация задействования подвижных единиц нейро-нечеткий модуль operational wagon flow management queue waiting time queue discipline priority assignment optimization of mobile unit utilization neuro-fuzzy module

Шаров В. А. Новые риски при реализации единого интегрированного планирования на железнодорожном транспорте общего пользования / В. А. Шаров // Наука и техника транспорта. - 2016. - № 2. - С. 87-93. Sharov V. A. Novye riski pri realizacii edinogo integrirovannogo planirovaniya na zheleznodorozhnom transporte obschego pol'zovaniya / V. A. Sharov // Nauka i tehnika transporta. - 2016. - № 2. - S. 87-93. Подорин А. А. Анализ и моделирование вагонопотоков для задач организации железнодорожных перевозок на основе статистических и прогнозных данных в условиях их неоднородности / А. А. Подорин, С. Л. Щепанов, Д. В. Рубцов // Управление развитием крупномасштабных систем (MLSD'2021): труды Четырнадцатой международной конференции. - Москва, 27-29 сентября 2021 года / Под общ. ред. С. Н. Васильева, А. Д. Цвиркуна. - М.: Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН, 2021. - С. 1037-1041. - DOI: 10.25728/6989.2021.59.54.001. Podorin A. A. Analiz i modelirovanie vagonopotokov dlya zadach organizacii zheleznodorozhnyh perevozok na osnove statisticheskih i prognoznyh dannyh v usloviyah ih neodnorodnosti / A. A. Podorin, S. L. Schepanov, D. V. Rubcov // Upravlenie razvitiem krupnomasshtabnyh sistem (MLSD'2021): trudy Chetyrnadcatoy mezhdunarodnoy konferencii. - Moskva, 27-29 sentyabrya 2021 goda / Pod obsch. red. S. N. Vasil'eva, A. D. Cvirkuna. - M.: Institut problem upravleniya im. V. A. Trapeznikova RAN, 2021. - S. 1037-1041. - DOI: 10.25728/6989.2021.59.54.001. Бедрин Д. С. Трансформация методологии планирования и прогнозирования перевозок грузов на железнодорожном транспорте / Д. С. Бедрин // Бюллетень результатов научных исследований. - 2020. - № 4. - С. 5-23. - DOI: 10.20295/2223-9987-2020-4-5-23. Bedrin D. S. Transformaciya metodologii planirovaniya i prognozirovaniya perevozok gruzov na zheleznodorozhnom transporte / D. S. Bedrin // Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovaniy. - 2020. - № 4. - S. 5-23. - DOI: 10.20295/2223-9987-2020-4-5-23. Золотарев С. А. Методика формирования состава грузового поезда на путях промышленных предприятий вагонами различных операторов / С. А. Золотарев, А. Д. Сиразетдинова // Бюллетень транспортной информации. - 2017. - № 8(266). - С. 3-7. Zolotarev S. A. Metodika formirovaniya sostava gruzovogo poezda na putyah promyshlennyh predpriyatiy vagonami razlichnyh operatorov / S. A. Zolotarev, A. D. Sirazetdinova // Byulleten' transportnoy informacii. - 2017. - № 8(266). - S. 3-7. Бельницкий Д. С. Проблема избыточного парка грузовых вагонов / Д. С. Бельницкий, А. П. Иванов, И. Н. Панкратов и др. // Вестник транспорта. - 2015. - № 4. - С. 19-21. Bel'nickiy D. S. Problema izbytochnogo parka gruzovyh vagonov / D. S. Bel'nickiy, A. P. Ivanov, I. N. Pankratov i dr. // Vestnik transporta. - 2015. - № 4. - S. 19-21. Югрина О. П. Особенности эффективного использования приватного вагонного парка операторской компании / О. П. Югрина, С. Ю. Соснин // Вестник УрГУПС. - Екатеринбург: УрГУПС, 2017. - № 1(33). - С. 84-90. Yugrina O. P. Osobennosti effektivnogo ispol'zovaniya privatnogo vagonnogo parka operatorskoy kompanii / O. P. Yugrina, S. Yu. Sosnin // Vestnik UrGUPS. - Ekaterinburg: UrGUPS, 2017. - № 1(33). - S. 84-90. Сергеева Т. Г. Современные методы управления парком приватных вагонов / Т. Г. Сергеева // Бюллетень результатов научных исследований. - 2022. - № 1. - С. 95-102. - DOI: 10.20295/2223-9987-2022-1-95-102. Sergeeva T. G. Sovremennye metody upravleniya parkom privatnyh vagonov / T. G. Sergeeva // Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovaniy. - 2022. - № 1. - S. 95-102. - DOI: 10.20295/2223-9987-2022-1-95-102. Солоп И. А. Причинно-следственный анализ выполнения надежности доставки грузов железнодорожным транспортом в адрес потребителей Южного региона и портов Азово-Черноморского бассейна / И. А. Солоп, Е. А. Чеботарева // Инженерный вестник Дона. - 2018. - № 3(50). - С. 54. Solop I. A. Prichinno-sledstvennyy analiz vypolneniya nadezhnosti dostavki gruzov zheleznodorozhnym transportom v adres potrebiteley Yuzhnogo regiona i portov Azovo-Chernomorskogo basseyna / I. A. Solop, E. A. Chebotareva // Inzhenernyy vestnik Dona. - 2018. - № 3(50). - S. 54. Булыгина О. В. Назначение приоритетов в технологических хабах на основе имитационного моделирования и нечеткой логики / О. В. Булыгина, А. А. Емельянов, Н. З. Емельянова // Прикладная информатика. - 2017. - Т. 12. - № 5(71). - С. 71-92. Bulygina O. V. Naznachenie prioritetov v tehnologicheskih habah na osnove imitacionnogo modelirovaniya i nechetkoy logiki / O. V. Bulygina, A. A. Emel'yanov, N. Z. Emel'yanova // Prikladnaya informatika. - 2017. - T. 12. - № 5(71). - S. 71-92. Могилев А. А. Обзор методов решения задач теории расписаний / А. А. Могилев // Информатика, вычислительная техника и инженерное образование. - 2019. - № 4(37). - С. 19-32. Mogilev A. A. Obzor metodov resheniya zadach teorii raspisaniy / A. A. Mogilev // Informatika, vychislitel'naya tehnika i inzhenernoe obrazovanie. - 2019. - № 4(37). - S. 19-32. Багинова В. В. Применение алгоритмов маршрутизации агента при разработке дискретно-событийных имитационных моделей с использованием инструментов железнодорожной библиотеки Anylogic / В. В. Багинова, Д. В. Кузьмин // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. - 2023. - № 2(58). - С. 109-118. - DOI: 10.20291/2079-0392-2023-2-109-118. Baginova V. V. Primenenie algoritmov marshrutizacii agenta pri razrabotke diskretno-sobytiynyh imitacionnyh modeley s ispol'zovaniem instrumentov zheleznodorozhnoy biblioteki Anylogic / V. V. Baginova, D. V. Kuz'min // Vestnik Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta putey soobscheniya. - 2023. - № 2(58). - S. 109-118. - DOI: 10.20291/2079-0392-2023-2-109-118. Сперанский Д. В. Поиск оптимальных путей в нечетких графах / Д. В. Сперанский // Автоматика на транспорте. - 2022. - Т. 8. - № 4. - С. 418-426. - DOI: 10.20295/2412-9186-2022-8-04-418-426. Speranskiy D. V. Poisk optimal'nyh putey v nechetkih grafah / D. V. Speranskiy // Avtomatika na transporte. - 2022. - T. 8. - № 4. - S. 418-426. - DOI: 10.20295/2412-9186-2022-8-04-418-426. Числов О. Н. Нейросетевое исследование транспортных систем / О. Н. Числов, Н. Н. Лябах, М. В. Колесников и др. // Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник. - 2021. - № 10. - С. 9-13. - DOI: 10.36535/0236-1914-2021-10-2. Chislov O. N. Neyrosetevoe issledovanie transportnyh sistem / O. N. Chislov, N. N. Lyabah, M. V. Kolesnikov i dr. // Transport: nauka, tehnika, upravlenie. Nauchnyy informacionnyy sbornik. - 2021. - № 10. - S. 9-13. - DOI: 10.36535/0236-1914-2021-10-2. Ефанов Д. В. Принципы автоматизации процессов управления движением на железных дорогах промышленных предприятий / Д. В. Ефанов // Транспорт Российской Федерации. - 2019. - № 6(85). - С. 27-33. Efanov D. V. Principy avtomatizacii processov upravleniya dvizheniem na zheleznyh dorogah promyshlennyh predpriyatiy / D. V. Efanov // Transport Rossiyskoy Federacii. - 2019. - № 6(85). - S. 27-33. Lekarev A. G. The Integrated Approach to Automation and Digitalization of the Transport Processes in the Industrial Enterprises / A. G. Lekarev, M. G. Ammosov, D. V. Efanov et al. // Proceedings of 18th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2020), Varna, Bulgaria, September 4-7, 2020. - Pp. 346-350. - DOI: 10.1109/EWDTS50664.2020.9224687. Lekarev A. G. The Integrated Approach to Automation and Digitalization of the Transport Processes in the Industrial Enterprises / A. G. Lekarev, M. G. Ammosov, D. V. Efanov et al. // Proceedings of 18th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2020), Varna, Bulgaria, September 4-7, 2020. - Pp. 346-350. - DOI: 10.1109/EWDTS50664.2020.9224687. Tang R. A Literature Review of Artificial Intelligence Applications in Railway Systems / R. Tang, L. De Donato, N. Bešinović et al. // Transportation Research. Part C: Emerging Technologies. - 2022. - DOI: 10.1016/j.trc.2022.103679. Tang R. A Literature Review of Artificial Intelligence Applications in Railway Systems / R. Tang, L. De Donato, N. Bešinović et al. // Transportation Research. Part C: Emerging Technologies. - 2022. - DOI: 10.1016/j.trc.2022.103679. Bešinović N. Artificial Intelligence in Railway Transport: Taxonomy, Regulations, and Applications / N. Bešinović et al. // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Sept. 2022. - Vol. 23. - Iss. 9. - Pp. 14011-14024. - DOI: 10.1109/TITS.2021.3131637. Bešinović N. Artificial Intelligence in Railway Transport: Taxonomy, Regulations, and Applications / N. Bešinović et al. // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Sept. 2022. - Vol. 23. - Iss. 9. - Pp. 14011-14024. - DOI: 10.1109/TITS.2021.3131637. Cerreto F. Application of Data Clustering to Railway Delay Pattern Recognition / F. Cerreto, B. F. Nielsen, O. A. Nielsen et al. // Journal of Advanced Transportation. - 2018. - Vol. 2018, Article ID 6164534. - 18 p. - DOI: 10.1155/2018/6164534. Cerreto F. Application of Data Clustering to Railway Delay Pattern Recognition / F. Cerreto, B. F. Nielsen, O. A. Nielsen et al. // Journal of Advanced Transportation. - 2018. - Vol. 2018, Article ID 6164534. - 18 p. - DOI: 10.1155/2018/6164534. Zhu Yo. Dynamic railway timetable rescheduling for multiple connected disruptions / Yo. Zhu, R. Goverde // Transportation Research. Part C: Emerging Technologies. - 2021. - Iss. 125. - DOI: 10.1016/j.trc.2021.103080. Zhu Yo. Dynamic railway timetable rescheduling for multiple connected disruptions / Yo. Zhu, R. Goverde // Transportation Research. Part C: Emerging Technologies. - 2021. - Iss. 125. - DOI: 10.1016/j.trc.2021.103080. Binder S. The multi-objective railway timetable rescheduling problem / S. Binder, Yo. Maknoon, M. Bierlaire // Transportation Research Part C: Emerging Technologies. - 2016. - Iss. 78. - DOI: 10.1016/j.trc.2017.02.001. Binder S. The multi-objective railway timetable rescheduling problem / S. Binder, Yo. Maknoon, M. Bierlaire // Transportation Research Part C: Emerging Technologies. - 2016. - Iss. 78. - DOI: 10.1016/j.trc.2017.02.001. Сивицкий Д. А. Анализ опыта и перспектив применения искусственных нейронных сетей на железнодорожном транспорте / Д. А. Сивицкий // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. - 2021. - № 2(57). - С. 33-41. - DOI: 10.52170/1815-9265_2021_57_33. Sivickiy D. A. Analiz opyta i perspektiv primeneniya iskusstvennyh neyronnyh setey na zheleznodorozhnom transporte / D. A. Sivickiy // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobscheniya. - 2021. - № 2(57). - S. 33-41. - DOI: 10.52170/1815-9265_2021_57_33. Понятов А. А. Возможности применения нейросетевых технологий на железнодорожном транспорте / А. А. Понятов // Актуальные проблемы современного транспорта. - 2022. - № 2-3(9-10). - С. 62-70. Ponyatov A. A. Vozmozhnosti primeneniya neyrosetevyh tehnologiy na zheleznodorozhnom transporte / A. A. Ponyatov // Aktual'nye problemy sovremennogo transporta. - 2022. - № 2-3(9-10). - S. 62-70. Обухов А. Д. Применение нейросетевых технологий в управлении сортировочной станцией / А. Д. Обухов // Автоматика, связь, информатика. - 2017. - № 7. - С. 14-16 Obuhov A. D. Primenenie neyrosetevyh tehnologiy v upravlenii sortirovochnoy stanciey / A. D. Obuhov // Avtomatika, svyaz', informatika. - 2017. - № 7. - S. 14-16 Dolgopolov P. Optimization of train routes based on neuro-fuzzy modeling and genetic algorithms / P. Dolgopolov, D. Konstantinov, L. Rybalchenko et al. // Procedia Computer Science. - 2019. - Iss. 149. - Pp. 11-18. - DOI: 10.1016/j.procs.2019.01.101. Dolgopolov P. Optimization of train routes based on neuro-fuzzy modeling and genetic algorithms / P. Dolgopolov, D. Konstantinov, L. Rybalchenko et al. // Procedia Computer Science. - 2019. - Iss. 149. - Pp. 11-18. - DOI: 10.1016/j.procs.2019.01.101. Краковский Ю. М. Бинарное прогнозирование динамических показателей на основе методов машинного обучения / Ю. М. Краковский, О. К. Куклина // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. - 2023. - № 62. - С. 50-55. - DOI: 10.17223/19988605/62/5. Krakovskiy Yu. M. Binarnoe prognozirovanie dinamicheskih pokazateley na osnove metodov mashinnogo obucheniya / Yu. M. Krakovskiy, O. K. Kuklina // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Upravlenie, vychislitel'naya tehnika i informatika. - 2023. - № 62. - S. 50-55. - DOI: 10.17223/19988605/62/5. Гончарова Н. А. Специфика оперативного управления вагонопотоками в железнодорожных промышленных транспортно-технологических системах / Н. А. Гончарова // Транспортные системы: сборник материалов Международной научной онлайн-конференции для молодых ученых и аспирантов, Санкт-Петербург, 29 ноября 2022 года. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2023. - С. 74-77. - DOI: 10.18720/SPBPU/2/id23-14. Goncharova N. A. Specifika operativnogo upravleniya vagonopotokami v zheleznodorozhnyh promyshlennyh transportno-tehnologicheskih sistemah / N. A. Goncharova // Transportnye sistemy: sbornik materialov Mezhdunarodnoy nauchnoy onlayn-konferencii dlya molodyh uchenyh i aspirantov, Sankt-Peterburg, 29 noyabrya 2022 goda. - Sankt-Peterburg: Sankt-Peterburgskiy politehnicheskiy universitet Petra Velikogo, 2023. - S. 74-77. - DOI: 10.18720/SPBPU/2/id23-14. Колесников В. И. Интеллектуализация транспортных процессов на основе гибридных технологий и мультиагентных систем / В. И. Колесников, С. М. Ковалев, В. Н. Иванченко // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2012. - № 1(45). - С. 107-113. Kolesnikov V. I. Intellektualizaciya transportnyh processov na osnove gibridnyh tehnologiy i mul'tiagentnyh sistem / V. I. Kolesnikov, S. M. Kovalev, V. N. Ivanchenko // Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobscheniya. - 2012. - № 1(45). - S. 107-113. Bogdanova L. Neuro-fuzzy-based mathematical model of dispatching of an industrialrailway junction / L. Bogdanova, S. Nagibin, D. Loskutov // Bulletin of Electrical Engineering and Informatics. - 2023. - Vol. 12. - Iss. 1. - Pp. 502-513. - DOI: 10.11591/eei.v12i1.4055. Bogdanova L. Neuro-fuzzy-based mathematical model of dispatching of an industrialrailway junction / L. Bogdanova, S. Nagibin, D. Loskutov // Bulletin of Electrical Engineering and Informatics. - 2023. - Vol. 12. - Iss. 1. - Pp. 502-513. - DOI: 10.11591/eei.v12i1.4055.