Development of algorithms for route optimization to increase the income of railway operators

Abstract

в данной статье рассматриваются вопросы оптимизации маршрутов железнодорожных операторов с целью повышения их доходов. Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения эффективности работы железнодорожного транспорта в условиях растущей конкуренции и ограниченности ресурсов. Цель исследования заключается в разработке алгоритмов оптимизации маршрутов, позволяющих максимизировать доходы железнодорожных операторов при минимизации эксплуатационных затрат. Материалы и методы. Для достижения поставленной цели были использованы методы математического моделирования, теории графов, линейного программирования и эвристические алгоритмы. В качестве исходных данных использовались статистические показатели работы железнодорожного транспорта, включая объемы перевозок, структуру грузопотоков, технические характеристики подвижного состава и инфраструктуры. Разработанные алгоритмы были реализованы в виде программного комплекса и апробированы на реальных данных одного из крупнейших железнодорожных операторов России. Результаты. Предложенные алгоритмы позволяют оптимизировать маршруты следования поездов с учетом множества факторов, таких как пропускная способность участков, временные окна прибытия и отправления, ограничения по скорости и массе поездов, потребности в локомотивной тяге и бригадах. Применение разработанных алгоритмов на практике показало возможность увеличения доходов железнодорожного оператора на 7-12% при снижении эксплуатационных расходов на 5-9%. Кроме того, оптимизация маршрутов позволила повысить эффективность использования подвижного состава, сократить простои вагонов и локомотивов, уменьшить потребность в локомотивных бригадах на 3-5%. this article discusses the issues of optimizing the routes of railway operators in order to increase their income. The relevance of the topic is due to the need to improve the efficiency of railway transport in conditions of growing competition and limited resources. The purpose of the study is to develop algorithms for route optimization that maximize the revenues of railway operators while minimizing operating costs. Materials and methods. To achieve this goal, methods of mathematical modeling, graph theory, linear programming and heuristic algorithms were used. Statistical indicators of railway transport operation, including traffic volumes, freight traffic structure, technical characteristics of rolling stock and infrastructure, were used as initial data. The developed algorithms were implemented in the form of a software package and tested on real data from one of the largest railway operators in Russia. Results. The proposed algorithms make it possible to optimize train routes taking into account many factors, such as the capacity of sections, time windows of arrival and departure, speed and weight restrictions of trains, the need for locomotive traction and crews. The application of the developed algorithms in practice has shown the possibility of increasing the income of the railway operator by 7-12% while reducing operating costs by 5-9%. In addition, route optimization has made it possible to increase the efficiency of using rolling stock, reduce downtime of wagons and locomotives, and reduce the need for locomotive crews by 3-5%.