Эффективные методы и модели управления процессами перевозок на железнодорожном транспорте (теория, практика, перспективы)

ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÅ ÈÇÄÀÍÈÅ

(ТЕОРИЯ, ПРАКТИКА, ПЕРСПЕКТИВЫ)
(ТЕОРИЯ, ПРАКТИКА, ПЕРСПЕКТИВЫ)

Â.Í. Ìîðîçîâ,  È.Í. Øàïêèí

ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ
И МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОЦЕССАМИ ПЕРЕВОЗОК
НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ
ТРАНСПОРТЕ

ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ
И МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОЦЕССАМИ ПЕРЕВОЗОК
НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ
ТРАНСПОРТЕ

Финансы и статистика
Москва
2021

© Морозов В.Н., Шапкин И.Н.,

УДК 656.2.07(470+571)
ББК 39.280.3(2Рос)
    М80

Рецензент:
Н.Н. Пашков,
доктор технических наук, профессор

Рассмотрены исторические вехи развития железных дорог на протяжении 180 лет. Дан анализ развития технологии перевозочного процесса 
в условиях проводимых масштабных реформ. Предложены пути создания модели будущего и основные направления научных исследований 
на базе информационных и цифровых технологий. Сформулированы 
подходы к решению задач на основе применения математических методов, моделей и алгоритмов принятия оптимальных решений управления 
перевозочным процессом. Приведено описание математической модели 
оптимизации подвижного состава в международных транспортных коридорах. Рассмотрены современные методы и модели многофакторного 
прогнозирования (СЭМП) и нормирования (СЭМН) в системе «Дорожно-сетевой диспетчер», моделирование транспортных процессов, оптимизационные модели принятия решений, а также имитационное моделирование, методика оценки эффективности логистических технологий 
и мультимодальных логистических центров.
Для работников железнодорожного транспорта, аспирантов, магистров и студентов транспортных университетов.

УДК 656.2.07(470+571)
ББК 39.280.3(2Рос)

2019, 2021
ISBN 978-5-00184-052-7
© ООО «Издательство «Финансы
ISBN 978-5-279-03617-2
и статистика», 2021

Морозов В.Н., Шапкин И.Н.
Эффективные методы и модели управления процессами
перевозок на железнодорожном транспорте (теория, практика,
перспективы). – Эл. изд. – 1 файл pdf: 486 с. – М.: Финансы
и статистика, 2021. – Текст: электронный.
ISBN 978-5-00184-052-7 (ООО «Издательство «Финансы и статистика»)
ISBN 978-5-279-03617-2 (АО «Издательство «Финансы и статистика»)

М80

Посвящается
180-летию российских
железных дорог

Морозов
Вадим Николаевич

аслуженный  работник  транспорта

руководитель железнодорожного транспорта,
последний Министр путей сообщения Россий- 
ской Федерации (2003–2004 гг.).

рупный  организатор,  талантливый

З 

Российской Федерации, Почетный железнодорожник.
К 

О сновоположник разработки и внедрения единого сетевого технологического процесса (ЕСТП) на железнодорожном транспорте, создания целевой модели рынка грузовых перевозок и клиентоориентированности на 
железнодорожном транспорте, взаимодействия с другими видами транспорта. 
В  развитии транспортной науки ему принадлежат разработка
и создание комплексной системы кластерного логистического управления 
в международных транспортных коридорах на базе мультимодальных логистических центров, позволяющих повысить эффективность транспортной 
деятельности в нашей стране. 
А втор более 100 научных трудов, учебников и монографий. Доктор технических наук, Научный руководитель Российского университета 
транспорта (МИИТ), награжден многими государственными наградами. 
К оллектив профессоров, преподавателей, сотрудников, аспирантов
и студентов Российского университета транспорта, соратники по совместной работе в Министерстве путей сообщения Российской Федерации 
и ОАО «РЖД», сотрудники издательства «Транспорт» и «Финансы и статистика», работники транспортных предприятий, железных дорог горячо 
и сердечно поздравляют Вадима Николаевича Морозова со знаменательным 
Юбилеем – 65-летием со дня рождения и желают крепкого здоровья, творческих свершений на благо дальнейшего развития транспортной системы 
России, активного долголетия, процветания, осуществления Ваших планов 
и начинаний.

Проведение курса на реформирование экономики России 
непосредственно связано с модернизацией железнодорожного транспорта, внедрением инновационных, интеллектуальных и цифровых технологий, развитием и совершенствованием инфраструктуры, подвижного состава, систем управления. 
С этой целью необходима дальнейшая разработка теоретических положений и внедрение эффективных методов и моделей, основанных на использовании последних достижений в области информатизации, математики и кибернетики. 
Взявшись за исключительно трудное дело написать данную 
монографию, авторы, имеющие значительный профессиональный, производственный и научный опыт в разработке 
и внедрении автоматизированных систем на основе информационных и логистических технологий, поставили перед собой задачу – доходчиво изложить основные пути создания 
эффективных моделей и методов управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте и показать 
как используются эти идеи для разрешения различных проблем управления перевозками на железных дорогах и других 
транспортных системах. 
Практическая полезность представленных в книге математических методов и алгоритмов заключается в их технологическом взаимодействии при создании перспективных инновационных технологий с учетом традиционных изменений 
за период становления и развития эксплуатационной науки 
на железнодорожном транспорте. В предлагаемой читателям 
монографии сделана попытка поддержать решение проблем 
управления перевозочным процессом, создания соответствующих моделей, методов и алгоритмов решения, требующих 
компьютерной реализации.

Надеемся, что книга поможет разработчикам, научным 
работникам, аспирантам, а также студентам транспортных 
университетов, специализирующихся в области эксплуатации железнодорожного транспорта и эффективного управления, ознакомившись с правилами построения и реализации 
моделей и методов оптимального управления перевозками, 
создавать новые решения в области дальнейшего развития 
железнодорожного транспорта.
Авторы выражают глубокую благодарность своим коллегам, научным сотрудникам А.Р. Демкиной, Я.Б. Фридману 
за компьютерную обработку и подготовку рукописи к изданию.

В.Н. Морозов

И.Н. Шапкин

В.Н

И.Н.

Не цель бывает предметом решения,
а средства к цели.

Аристотель

В транспортной системе страны железнодорожный транспорт занимает ведущее место в развитии экономики России. 
Важнейшая роль в стратегии развития железнодорожного 
транспорта России принадлежит процессу информатизации, 
обеспечивающему необходимой и достоверной информацией все сферы управления, связанные с перевозками грузов 
и пассажиров [1], [2]. Для решения принципиальных научных, технических и организационных проблем разработаны 
Концепция и Программа информатизации железнодорожного транспорта. Информатизация в условиях масштабных реформ проводится с использованием информационных технологий, важнейшими элементами которых являются модели, 
методы и алгоритмы принятия управляющих решений.
Проблему развития транспортного комплекса России невозможно решить без создания и совершенствования наукоемкого комплекса взаимосвязанных формальных моделей, 
прикладных методов и эффективных алгоритмов принятия 
решений в управлении перевозочным процессом.
Анализ современных условий функционирования железнодорожного транспорта показывает, что часто появляются 
такие проблемы, для которых разработанный ранее методологический инструмент оказался плохо приспособленным, 
и требуется создание нового поколения моделей и методов 
для принятия правильных управленческих решений. Разрабатываемые методы и модели, с одной стороны, должны 
учитывать новые функциональные требования, предъявляемые к информационно-управляющим системам на железно

дорожном транспорте, с другой, – современные тенденции 
в построении этих моделей, методов и алгоритмов.
Реализация управляющих решений, принятых на основе 
неадекватных моделей и методов, может привести к тяжелым 
последствиям, а возникшую проблему управления нельзя 
решить, даже имея большое количество информации, пока 
не будут разработаны более точные модели, методы или алгоритмы.
Сегодня на железнодорожном транспорте наблюдается значительный разрыв между громадными возможностями имеющихся компъютеров и применяемыми машинными 
алгоритмами управляющих решений. Необходимы скорейший переход от информационного к управляющему режиму 
управления перевозками, разработка принципиально новых, 
более адекватных и эффективных моделей, методов и алгоритмов, позволяющих повысить объективность, качество 
и своевременность управляющих решений [3].
Особой проблемой, связанной с адаптацией управляющей системы к изменившимся условиям и требующей 
обязательного решения при разработке нового поколения 
методов и моделей, являются вопросы совершенствования 
структуры системы управления. Эффективным подходом 
к её решению, дающим возможность лучше адаптироваться к управлению перевозками и позволяющим существенно 
снизить сложность управления, является развитие многоуровневых структур управления путём оптимальной декомпозиции транспортной сети на полигоны. Особую актуальность 
приобретает проблема перехода на полигонные технологии 
управления перевозками. Данная технология сформирована 
на основе научно-технических достижений и предусматривает новые решения – переход от региональных принципов 
управления к планированию и организации движения поездов на полигонной сети. Исходя из того, что массовые грузы 
в основном образуются предприятиями Урало-Сибирского 
региона, их сети выделяют два укрупнённых полигона. Это 
Восточный полигон, включающий в себя БАМ и Транссиб, 
и Западный, где основные грузопотоки сконцентрированы 
в направлении Северо-Запада, Центра и Юга страны.

Сегодня на эти направления приходится более 80% сетевого грузооборота при их общей протяженности 28 тыс. 
км, что составляет третью часть от эксплуатационной длины 
сети.
Ключевым принципом работы полигона является унификация параметров технологии и инфраструктуры и ликвидация имеющихся противоречий на границах. Именно этот 
подход позволит достичь максимального эффекта, в том числе от инвестиций.
Значительной проблемой является разработка адекватных 
моделей и методов дискретной комбинаторной оптимизации, поскольку в условиях экономических реформ повышается роль дискретных задач управления транспортными системами. Важность данной проблемы объясняется усилением 
требований к качеству и оперативности решения тех многочисленных задач управления, которым в наибольшей степени соответствует математика дискретных множеств или множеств, изменяющихся в дискретные моменты времени.
Основная проблема решения дискретных задач управления усугубляется четырьмя дополнительными проблемами. 
Во-первых, многие рассматриваемые задачи – многокритериальные, что существенно осложняет поиск оптимального 
решения, так как требует определить некоторый компромиссный результат, который в общем случае не является 
оптимальным ни по одному критерию. Во-вторых, необходимо принимать во внимание существенно положительный характер ряда параметров решаемых задач управления, 
что позволит построить адекватные модели и методы, учитывающие реальные возможности различных элементов транспортной сети по пропуску и переработке вагонов и поездов. 
В-третьих, переменные условия функционирования сети 
потребовали разработки адекватных динамических моделей, 
учитывающих нестационарный характер решаемых дискретных задач управления. В-четвертых, сложность проводимых 
реформ, трудность идентификации основных параметров 
новых задач управления и другие причины приводят к необходимости выработки управляющих решений на основе 
неточных, приблизительных и так называемых «нечетких» 

исходных данных, для которых достаточно лишь указать их 
возможные значения относительно некоторого интервала достоверности.
В предлагаемой книге предпринята попытка систематизировать решения перечисленных выше проблем управления на основе создания соответствующих моделей, методов 
и алгоритмов, которые являются важной составной частью 
перспективных информационных технологий, требующих 
первоочередного внедрения на железнодорожном транспорте 
и транспортных системах.
Авторы надеются, что книга поможет разработчикам 
и студентам, специализирующимся в области управления 
перевозочным процессом на основе информационных технологий, познакомиться с приемами построения и реализации 
моделей и методов управления на железнодорожном транспорте.
Книга ориентирована на студентов, аспирантов и специалистов, интересующихся современными идеями применения 
новых моделей и методов управления на железнодорожном 
транспорте.