Формування моделі Transit Network Design для швидкісного залізничного пасажирського сполучення в контексті парадігми цифрових двійників транспортних систем

Abstract

UA: У статті розглянуто формування моделі Transit Network Design для оптимізації маршрутів швидкісних пасажирських поїздів на залізничній мережі з урахуванням прогнозованого попиту на перевезення між станціями. Основну увагу приділено побудові математичного апарату, що дозволяє генерувати маршрути без заздалегідь заданого їх переліку, використовуючи лише топологію мережі та матрицю очікуваного попиту. Запропонована модель відходить від статичного планування, враховуючи не лише базові значення попиту, але й функцію зниження привабливості поїздки залежно від кількості проміжних зупинок між станцією відправлення та призначення. Це дозволяє об'єктивно оцінювати гіпотетичні маршрути та формувати раціональну мережу руху швидкісних поїздів з погляду як операційної ефективності, так і пасажирської привабливості. У моделі запропоновано цільову функцію, спрямовану на максимізацію сумарного реалізованого попиту або доходу оператора транспортних послуг, забезпечуючи оцінку впливу топологічних рішень (конфігурації маршрутів, розміщення зупинок, довжини поїздок) на економічну ефективність системи. Цей підхід забезпечує наукову обґрунтованість і прозорість процесу проектування мережі руху. Також детально розглянуто можливість застосування парадигми цифрових двійників для симуляційного відтворення функціонування мережі, що дозволяє аналізувати альтернативні варіанти розкладів, топологій і політики маршрутизації у масштабі, близькому до реального часу. Це забезпечує основу для подальшої автоматизації формування мережі руху та її відтворюваності в сучасному цифровому середовищі.

EN: The article discusses the development of a Transit Network Design (TND) model for optimizing the routes of high–speed passenger trains on a railway network, considering the predicted demand for transportation between stations. Primary attention is given to the construction of a mathematical apparatus that allows for the generation of routes without a predefined list, utilizing only the network topology and the expected demand matrix. The proposed model moves beyond static planning by accounting not only for baseline demand values but also for a function modeling the decrease in travel attractiveness depending on the number of intermediate stops between the origin and destination stations. This approach allows for an objective evaluation of hypothetical routes and the The model proposes an objective function aimed at maximizing the total realized demand or the revenue of the transport service operator. This approach enables the assessment of the influence of topological decisions (route configuration, stop placement, trip lengths) on the economic and operational efficiency of the system. The paper also thoroughly examines the potential application of the Digital Twin paradigm for the simulation–based reproduction of network functioning, which allows for the analysis of alternative schedules, topologies, and routing policies on a near–real–time scale. This provides a foundation for the subsequent automation of network formation and its reproducibility within a modern digital environment.