Розробка процедури формування схеми маршрутів поїздів для автоматизованої системи управління швидкісними пасажирськими перевезеннями

Abstract

UA: Конкурентоспроможність швидкісних пасажирських перевезень в Україні цілком залежить від швидкості впровадження компаніями-операторами логістичних принципів управління, які спираються на сучасні цифрові технології. Вирішення однієї з найважливіших тактичних задач управління швидкісними залізничними системами – задачі планування маршрутів швидкісних поїздів на полігоні, який являє собою розгалужену залізничну мережу, з метою максимізації пасажиропотоків і одночасної мінімізації експлуатаційних витрат, пов’язане зі значною обчислювальною складністю. Дослідження присвячено розробленню процедури оптимізації математичної моделі, яка становить собою цільову функцію, що відображає оптимізаційні критерії, та систему технологічних обмежень. Сформована процедура базується на застосуванні сучасного евристичного методу оптимізації – методу генетичних алгоритмів, який є складовою частиною таких сучасних напрямів, як штучний інтелект та м’які обчислення. Застосування генетичних алгоритмів надало можливість вирішення складної задачі планування маршрутів швидкісних поїздів на залізничному полігоні, яку можна класифікувати як задачу комбінаторної оптимізації великої розмірності. Сформовану процедуру було реалізовано у вигляді програмного забезпечення у середовищі Matlab. Ефективність цієї процедури було перевірено в ході моделювання, в результаті якого було отримано оптимальну схему маршрутів швидкісних поїздів на залізничному полігоні.

EN: The competitiveness of high-speed passenger transportation in Ukraine depends entirely on the speed of implementation by the operating companies of logistics management principles based on modern digital technologies. The solution to one of the most important tactical problems in the management of high-speed railway systems - the problem of planning high-speed train routes on the polygon, which is an extensive railway network, in order to maximize passenger traffic and simultaneously minimize operating costs, is associated with significant computational complexity. The study is devoted to the development of a procedure for optimizing the mathematical model of this problem, which is an objective function that reflects the optimization criteria, and a system of technological constraints. The supercriterion of the objective function of the optimization mathematical model is the profit of the company-operator of passenger high-speed rail transport, which in turn takes into account the criterion of income from ticket sales, the criterion of costs, including technological costs of transportation. The control variables of the model are the routes of high-speed trains. To minimize travel time, the maximum number of passenger transfers is used as a limit. The developed procedure is based on the use of a modern heuristic optimization method – the method of genetic algorithms, which is an integral part of such modern areas as artificial intelligence and soft computing. The use of genetic algorithms made it possible to solve the complex problem of planning the routes of high-speed trains on a railway polygon, which can be classified as a high-dimensionality combinatorial optimization problem. The developed procedure was implemented as software in the Matlab environment. The effectiveness of this procedure was tested in the course of modeling, as a result of which a optimal scheme of routes of high-speed trains on the railway polygon was obtained. Thus, the formed procedure allows to find close to the optimal solution not only for the railway direction, but also for the extensive railway network, which has hundreds of railway stations.