Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 96355 10.20295/1815-588X-2025-1-60-74 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Mathematical Model of the Railway Operation Optimization to Increase a Railway Section Capacity Математическая модель организации эксплуатационной работы в задачах повышения пропускной способности железнодорожного участка Мамаев Энвер Агапашаевич Mamaev Enver Agapashaevich mamaev_enver@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Чеботарева Евгения Андреевна Chebotareva Evgeniya Andreevna abrosimova@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Ростовский государственный университет путей сообщения Ростов-на-Дону Россия Rostov State Transport University Rostov-on-Don Russian Federation Ростовский государственный университет путей сообщения Ростов-на-Дону Россия Rostov State Transport University Rostov-on-Don Russian Federation 21 03 2025 21 03 2025 22 1 60 74 18 03 2025 https://atjournal.ru/en/nauka/article/96355/view

Цель: Формализация эксплуатационной работы железнодорожного участка для представления в имитационных и цифровых моделях управления в задачах повышения пропускной способности железнодорожного участка. Методы: Методической основой исследования является системный подход, при котором объект исследования рассматривается как сложная система, состоящая из взаимодействующих подсистем и элементов. Использованы методы динамического и нейросетевого программирования, а также инструментарий для структурного анализа, алгоритмизации и моделирования сложных систем управления. Результаты: В исследовании представлены основные сущности, имеющие отношение к организации работы железнодорожного участка, их состояния, алгоритмы взаимного влияния, а также параметры оценки эффективности управления. Выполнена формализация иерархии идентификационных параметров участка железнодорожной сети и объектов, находящихся на ней, для формирования цифрового двойника и нейросетевых процедур управления. Предложен подход к выработке организационно-технологических решений, направленных на эффективное использование пропускных способностей участков и направлений полигона сети с применением технологий цифровых двойников и технологий искусственного интеллекта. Практическая значимость: Представлены индикаторы разных уровней организации работы участка железнодорожной сети, состояния объектов транспортной инфраструктуры и поездной ситуации на участке, влияющие на пропускную способность участка. Формализация объектов и процессов железнодорожного транспорта имеет значение для последующих исследований в области технологий искусственного интеллекта, для разработки и внедрения интеллектуальных технологий управления перевозочным процессом. Апробация предложенной модели выполняется на базе учебно-лабораторного комплекса «Виртуальная железная дорога» с целью отработки опыта использования искусственного интеллекта в задачах управления перевозочным процессом.

Formalization of a railway section operation for simulation and digital operation models to improve a railway section capacity. Methods: The methodological basis of the research is a system approach in which the research object is considered as a complex system consisting of interacting subsystems and elements. Dynamic and neural network programming methods as well as tools for structural analysis, algorithmization and modeling of complex control systems are used. Results: The study presents the main entities related to the management of the railway section operation, their conditions, algorithms of mutual influence, as well as parameters for evaluating the management effectiveness. The formalization of the identification parameter hierarchy of a railway section and its infrastructure to create a digital double and neural network control procedures has been carried out. An approach to the development of operational and technological solutions aimed at the effective use of railway section capacities and network routes using digital doubles and artificial intelligence technologies is proposed. Practical significance: Indicators of different levels of railway section management, transport infrastructure and train operation on the section affecting the rail capacity are presented. Formalization of railway transport objects and processes will be important for further research in the field of artificial intelligence technologies as well as for the development and implementation of intelligent technologies in transportation management. Approbation of the proposed model has been carried out based on the ‘Virtual railway’ training laboratory complex in order to improve practical skills in applying artificial intelligence in the transportation management.

 Железнодорожный участок пропускная способность математическая модель цифровая модель нейросетевое управление Railway section throughput mathematical model digital model neural network control

Методика определения пропускной и провозной способностей инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования. — Утверждена приказом Минтранса России от 18 июля 2018 года № 266. Metodika opredeleniya propusknoy i provoznoy sposobnostey infrastruktury zheleznodorozhnogo transporta obschego pol'zovaniya. — Utverzhdena prikazom Mintransa Rossii ot 18 iyulya 2018 goda № 266. Мамаев Э. А. Логистика и транспорт в цифровой экономике / Э. А. Мамаев // Сб. науч. тр. II междунар. науч.-практ. конф. «Транспорт и логистика: инновационная инфраструктура, интеллектуальные и ресурсосберегающие технологии, экономика и управление». — Ростов-на-Дону: Рост. гос. ун-т. путей сообщения, 2018. — С. 8–12. Mamaev E. A. Logistika i transport v cifrovoy ekonomike / E. A. Mamaev // Sb. nauch. tr. II mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Transport i logistika: innovacionnaya infrastruktura, intellektual'nye i resursosberegayuschie tehnologii, ekonomika i upravlenie». — Rostov-na-Donu: Rost. gos. un-t. putey soobscheniya, 2018. — S. 8–12. Багинова В. В. Цифровые технологии транспортного холдинга / В. В. Багинова, Б. А. Левин, Э. А. Мамаев // Логистика и управление цепями поставок. — 2021. — № 6(105). — С. 16–19. Baginova V. V. Cifrovye tehnologii transportnogo holdinga / V. V. Baginova, B. A. Levin, E. A. Mamaev // Logistika i upravlenie cepyami postavok. — 2021. — № 6(105). — S. 16–19. Мамаев Э. А. Модели согласованного развития элементов логистических цепей / Э. А. Мамаев // Сб.: науч. Трудов «Современное развитие науки и техники» («Наука-2017»). — Т. 2. Технические, экономические и юридические науки. — Ростов-на-Дону: Рост. гос. ун-т. путей сообщения, 2017. — С. 160–162. Mamaev E. A. Modeli soglasovannogo razvitiya elementov logisticheskih cepey / E. A. Mamaev // Sb.: nauch. Trudov «Sovremennoe razvitie nauki i tehniki» («Nauka-2017»). — T. 2. Tehnicheskie, ekonomicheskie i yuridicheskie nauki. — Rostov-na-Donu: Rost. gos. un-t. putey soobscheniya, 2017. — S. 160–162. Мамаев Э. А. Цифровая логистика в смешанных перевозках в международном сообщении / Э. А. Мамаев // Сб. науч. тр. III междунар. науч.-практ. конф. «Транспорт и логистика: стратегические приоритеты, технологические платформы и решения в глобализованной цифровой экономике». — Ростов-на-Дону: Рост. гос. ун-т. путей сообщения. — 2019. — С. 243–248. Mamaev E. A. Cifrovaya logistika v smeshannyh perevozkah v mezhdunarodnom soobschenii / E. A. Mamaev // Sb. nauch. tr. III mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Transport i logistika: strategicheskie prioritety, tehnologicheskie platformy i resheniya v globalizovannoy cifrovoy ekonomike». — Rostov-na-Donu: Rost. gos. un-t. putey soobscheniya. — 2019. — S. 243–248. Белых А. А. Оценка влияния искусственного интеллекта на оперативное управление участковой железно-дорожной станции / А. А. Белых, В. В. Широкова // Национальная Ассоциация Ученых. — 2020. — № 56-1(56). — С. 36–41. — DOI: 10.31618/nas.2413- 5291.2020.1.56.229. Belyh A. A. Ocenka vliyaniya iskusstvennogo intellekta na operativnoe upravlenie uchastkovoy zhelezno-dorozhnoy stancii / A. A. Belyh, V. V. Shirokova // Nacional'naya Associaciya Uchenyh. — 2020. — № 56-1(56). — S. 36–41. — DOI: 10.31618/nas.2413- 5291.2020.1.56.229. Мамаев Э. А. Цифровизация транспортного бизнеса и развитие логистического сервиса для транспортного холдинга с применением технологии BIGDATA / Э. А. Мамаев, М. В. Колесников // XIV Всероссийская мультиконференция по проблемам управления (МКПУ- 2021): материалы XIV мультиконференции (Дивноморское, Геленджик, 27 сентября — 2 октября 2021 г.): в 4 т. Южный федеральный университет [редкол.: И. А. Каляев, В. Г. Пешехонов и др.]. — Ростов-на-Дону; Таганрог: Изд-во Южного федерального университета. — 2021. — Т. 4. — С. 134–136. Mamaev E. A. Cifrovizaciya transportnogo biznesa i razvitie logisticheskogo servisa dlya transportnogo holdinga s primeneniem tehnologii BIGDATA / E. A. Mamaev, M. V. Kolesnikov // XIV Vserossiyskaya mul'tikonferenciya po problemam upravleniya (MKPU- 2021): materialy XIV mul'tikonferencii (Divnomorskoe, Gelendzhik, 27 sentyabrya — 2 oktyabrya 2021 g.): v 4 t. Yuzhnyy federal'nyy universitet [redkol.: I. A. Kalyaev, V. G. Peshehonov i dr.]. — Rostov-na-Donu; Taganrog: Izd-vo Yuzhnogo federal'nogo universiteta. — 2021. — T. 4. — S. 134–136. Кузнецов В. Г. Формирование интегрированной технологии организации вагонопотоков и движения грузовых поездов в цифровой модели железной дороги / В. Г. Кузнецов, Е. А. Федоров, В. Г. Козлов // Интеллектуальные транспортные системы: мат-лы Междунар. научно-практ. конф. — М., 2022. — С. 204–214. Kuznecov V. G. Formirovanie integrirovannoy tehnologii organizacii vagonopotokov i dvizheniya gruzovyh poezdov v cifrovoy modeli zheleznoy dorogi / V. G. Kuznecov, E. A. Fedorov, V. G. Kozlov // Intellektual'nye transportnye sistemy: mat-ly Mezhdunar. nauchno-prakt. konf. — M., 2022. — S. 204–214. Рахмангулов А. Н. Имитационные модели в цифровых двойниках железнодорожных станций / А. Н. Рахангулов, П. Н. Мишкуров, Д. В. Александрин // Академик Владимир Николаевич Образцов — основоположник транспортной науки: труды междунар. научно-практ. конф., посвященной 125-летию университета. — М., 2021. — С. 574–582. — DOI: 10.47581/2022/Obrazcov.76. Rahmangulov A. N. Imitacionnye modeli v cifrovyh dvoynikah zheleznodorozhnyh stanciy / A. N. Rahangulov, P. N. Mishkurov, D. V. Aleksandrin // Akademik Vladimir Nikolaevich Obrazcov — osnovopolozhnik transportnoy nauki: trudy mezhdunar. nauchno-prakt. konf., posvyaschennoy 125-letiyu universiteta. — M., 2021. — S. 574–582. — DOI: 10.47581/2022/Obrazcov.76. Москвичева Е. Е. К вопросу практической реализации цифровизации грузовых станций / Е. Е. Москвичева // Наука и образование транспорту. — 2022. — № 1. — С. 159–161. Moskvicheva E. E. K voprosu prakticheskoy realizacii cifrovizacii gruzovyh stanciy / E. E. Moskvicheva // Nauka i obrazovanie transportu. — 2022. — № 1. — S. 159–161. Шабельников А. Н. Перспективы совершенствования КСАУ СП в рамках концепции цифровой железнодорожной станции / А. Н. Шабельников, Н. Н. Лябах // Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте. Компьютерное и математическое моделирование (ИСУЖТ-2018). Труды седьмой научно- технической конф. — 2018. — С. 117–119. Shabel'nikov A. N. Perspektivy sovershenstvovaniya KSAU SP v ramkah koncepcii cifrovoy zheleznodorozhnoy stancii / A. N. Shabel'nikov, N. N. Lyabah // Intellektual'nye sistemy upravleniya na zheleznodorozhnom transporte. Komp'yuternoe i matematicheskoe modelirovanie (ISUZhT-2018). Trudy sed'moy nauchno- tehnicheskoy konf. — 2018. — S. 117–119. Шилин А. О. Внедрение КСАУ СП в рамках концепции цифровой железнодорожной станции / А. О. Шилин // Вопросы науки. — 2022. — № 3. — С. 73–77. Shilin A. O. Vnedrenie KSAU SP v ramkah koncepcii cifrovoy zheleznodorozhnoy stancii / A. O. Shilin // Voprosy nauki. — 2022. — № 3. — S. 73–77. Козлов П. А. О технологии расчета железнодорожных станций / П. А. Козлов, В. С. Колокольников, А. О. Шмидт // Тенденции развития железнодорожного транспорта и управления перевозочным процессом: матлы Междунар. юбилейной научно-технической конф.,посвященной 95-летию кафедр «Железнодорожные станции и транспортные узлы», «Управление эксплуатационной работой и безопасностью на транспорте». — М., 2020. — С. 41–47. Kozlov P. A. O tehnologii rascheta zheleznodorozhnyh stanciy / P. A. Kozlov, V. S. Kolokol'nikov, A. O. Shmidt // Tendencii razvitiya zheleznodorozhnogo transporta i upravleniya perevozochnym processom: matly Mezhdunar. yubileynoy nauchno-tehnicheskoy konf.,posvyaschennoy 95-letiyu kafedr «Zheleznodorozhnye stancii i transportnye uzly», «Upravlenie ekspluatacionnoy rabotoy i bezopasnost'yu na transporte». — M., 2020. — S. 41–47. Чеботарева Е. А. Моделирование элементов профессиональной интуиции в человеко-машинных системах для решения задач оперативного управления железнодорожным транспортом / Е. А. Чеботарева // Мир транспорта и технологических машин. — 2023. — № 3-4(82). — С. 61–69. — DOI: 10.33979/2073-7432-2023- 3-4(82)-61-69. Chebotareva E. A. Modelirovanie elementov professional'noy intuicii v cheloveko-mashinnyh sistemah dlya resheniya zadach operativnogo upravleniya zheleznodorozhnym transportom / E. A. Chebotareva // Mir transporta i tehnologicheskih mashin. — 2023. — № 3-4(82). — S. 61–69. — DOI: 10.33979/2073-7432-2023- 3-4(82)-61-69. Шевченко Д. В. Методология построения цифровых двойников на железнодорожном транспорте / Д. В. Шевченко // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. — 2021. — Т. 80. — № 2. — С. 91–99. — DOI: 10.21780/2223-9731- 2021-80-2-91-99. Shevchenko D. V. Metodologiya postroeniya cifrovyh dvoynikov na zheleznodorozhnom transporte / D. V. Shevchenko // Vestnik Nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta. — 2021. — T. 80. — № 2. — S. 91–99. — DOI: 10.21780/2223-9731- 2021-80-2-91-99. Лычкина Н. Н. Концепция цифрового двойника и роль имитационных моделей в архитектуре цифрового двойника / Н. Н. Лычкина, В. В. Павлов // Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2023): сборник трудов одиннадцатой всероссийской научно-практ. конф. по имитационному моделированию и его применению в науке и промышленности. — Казань, 2023. — С. 139–149. Lychkina N. N. Koncepciya cifrovogo dvoynika i rol' imitacionnyh modeley v arhitekture cifrovogo dvoynika / N. N. Lychkina, V. V. Pavlov // Imitacionnoe modelirovanie. Teoriya i praktika (IMMOD-2023): sbornik trudov odinnadcatoy vserossiyskoy nauchno-prakt. konf. po imitacionnomu modelirovaniyu i ego primeneniyu v nauke i promyshlennosti. — Kazan', 2023. — S. 139–149. Куртикова Э. Р. Применение нейронных сетей для классификации железнодорожных станций / Э. Р. Куртикова, Д. А. Шевченко, В. А. Карзаков // В сборнике: Кочневские чтения — 2023: современная теория и практика эксплуатационной работы железных дорог. Труды II-й Междунар. научно-практ. конф. М., 2023. — С. 359–362. Kurtikova E. R. Primenenie neyronnyh setey dlya klassifikacii zheleznodorozhnyh stanciy / E. R. Kurtikova, D. A. Shevchenko, V. A. Karzakov // V sbornike: Kochnevskie chteniya — 2023: sovremennaya teoriya i praktika ekspluatacionnoy raboty zheleznyh dorog. Trudy II-y Mezhdunar. nauchno-prakt. konf. M., 2023. — S. 359–362. Мишкуров П. Н. Особенности построения агентной имитационной модели железнодорожной станции / П. Н. Мишкуров, А. Н. Рахмангулов // Современные проблемы транспортного комплекса России. — 2021. — Т. 11. — № 1. — С. 29–40. — DOI: 10.18503/2222-9396- 2021-11-1-29-40. Mishkurov P. N. Osobennosti postroeniya agentnoy imitacionnoy modeli zheleznodorozhnoy stancii / P. N. Mishkurov, A. N. Rahmangulov // Sovremennye problemy transportnogo kompleksa Rossii. — 2021. — T. 11. — № 1. — S. 29–40. — DOI: 10.18503/2222-9396- 2021-11-1-29-40. Ерофеев А. А. Технологии искусственного интеллекта при решении эксплуатационных задач в системе сменно-учетного планирования грузовой работы железнодорожных станций / А. А. Ерофеев // Проблемы перспективного развития железнодорожных станций и узлов. — 2022. — № 1(4). — С. 102–108. Erofeev A. A. Tehnologii iskusstvennogo intellekta pri reshenii ekspluatacionnyh zadach v sisteme smenno-uchetnogo planirovaniya gruzovoy raboty zheleznodorozhnyh stanciy / A. A. Erofeev // Problemy perspektivnogo razvitiya zheleznodorozhnyh stanciy i uzlov. — 2022. — № 1(4). — S. 102–108. Чеботарева Е. А. Анализ мероприятий по повышению пропускной способности участков Северо- Кавказской железной дороги / Е. А. Чеботарева. // Транспорт: наука, техника, управление. — 2022. — № 1. — С. 29–34. — DOI: 10.36535/0236-1914-2022-01-5. Chebotareva E. A. Analiz meropriyatiy po povysheniyu propusknoy sposobnosti uchastkov Severo- Kavkazskoy zheleznoy dorogi / E. A. Chebotareva. // Transport: nauka, tehnika, upravlenie. — 2022. — № 1. — S. 29–34. — DOI: 10.36535/0236-1914-2022-01-5.