С момента использования первой железной дороги в начале 19 века грузовые железнодорожные перевозки всегда играли важную роль в транспортном секторе (Network Rail, 2016) [1]. Как обсуждали Givoni and Banister (2013) [2], после дальних и коротких морских перевозок транспорт, железнодорожный грузовой транспорт - вид с наименьшими выбросами CO2 на кг / тонно-км.
1 Network Rail, 2016. Value and importance of rail freight. [PDF]. http://www.networkrail.co.uk/wp-content/uploads/2016/11/The-Value-and-Importance-of-rail-Freight-summary-report.pdf. Accessed on 07 February 2019.
2 Givoni, M., Banister, D., 2013. Moving Towards Low Carbon Mobility. Edward Elgar.
Хотя сектор железнодорожных перевозок все еще растет, увеличение спроса может вызвать проблемы с пропускной способностью сети.
Например, представители транспортных ведомств США уже заявили о своей обеспокоенности тем, что будущие ограничения пропускной способности американской железнодорожной системы могут привести к снижению скорости и надежности сети (U.S. Railroad, 2008) [3]. Хотя потребность в дальнейшем расширении железнодорожных сетей очень востребованы во всем мире, наиболее распространенным решением было бы расширение железнодорожной сети путем строительства новой инфраструктуры. Однако решение о строительстве новой инфраструктуры обычно принимается политиками и включает долгосрочный процесс принятия решений, требующий больших инвестиций (Narayanaswami and Rangaraj, 2011 [4]; Boysen et al., 2012 [5]). Из-за высоких затрат на строительство более эффективно увеличивается заполняемость и скорость транзита в сети, чтобы соответственно ведёт к увеличению трафика.
3 U.S. Railroad, 2008. A review of capacity and performance data. Accessed on 07 January 2019.
4 Narayanaswami, S., Rangaraj, N., 2011. Scheduling and rescheduling of railway operations: A review and expository analysis. Technol. Oper. Manag. 2 (2), 102–122.
5 Boysen, N., Fiedner, M., Jaehn, F., Pesch, E., 2012. Shunting yard operations: Theoretical aspects and applications. European J. Oper. Res. 220 (1), 1–14.
Чтобы удовлетворить спрос на грузовые железнодорожные перевозчики, расписание движения поездов определяется на год вперед в зависимости от страна. Когда поезд движется по расписанию, система автоматической настройки маршрута (ARS) автоматически назначает к поезду трек (Pachl, 2004). В идеале диспетчер поездов (ДЦН), который отвечает за движение поездов на заданном участке (например для железнодорожной станции), необходимо вмешиваться только в случае незапланированных событий. Существует возможность того, что незапланированные события приведут к нарушениям или сбоям в работе.
Теперь, когда опоздавший грузовой поезд прибывает на железнодорожную станцию, путь должен быть назначен ДЦН вручную. Из-за большой сложности поиск оптимального распределения поездов по путям, ручное планирование задержанных поездов в реальном времени может привести к большой оптимальности пробелы, особенно когда задействованы неопытные ДЦН .
При рассмотрении времени прибытия грузовых железнодорожных поездов в Европу выясняется, что 67% прибывают в течение 15 минут своего первоначального расписания. Кроме того, 19% поездов опаздывали более чем на 3 часа, а 4% прибыли через 24 часа или их исходное состояние. график (Европейская комиссия, 2014). Что касается станции Waalhaven Zuid в Нидерландах, исторические данные показывают, что только 33% поездов прибывают в пункт назначения в течение ± 5 минут от первоначально запланированного времени. 48% поездов прибывают более чем на 5 минут позже, чем первоначально планировалось, тогда как 26% и 15% этих поездов прибывают более чем на один или два часа поздно. Значительные отклонения в прибытии могут быть связаны с тем, что железнодорожные перевозки являются частью цепочки поставок, которая также включает другие такие режимы, как баржи и грузовики. Если один из этих режимов задерживается, это может вызвать задержку в поезде, который ожидает свой груз. Это могло означать, что товарный состав отправляется со двора уже с опозданием. Кроме того, при фокусировке на расстоянии перемещаемые грузовыми поездами, большинство из них, вероятно, пересекут границы разных стран, что приведет к увеличению неопределенности времени в пути.
Когда мы рассматриваем производительность грузовых поездов на любой железнодорожной сети, нам также необходимо учитывать других пользователей железнодорожного транспорта. это означает, что если поезд задерживается, он должен проехать между другими поездами, не влияя на их расписание. Сложность перестройка задержанного поезда возникает потому, что он должен работать в смешанной сети, включая различные характеристики других поезда, такие как скорость, ускорение, замедление и груз. Когда поезд задерживается, его можно временно оставить на боковом пути, чтобы что поезда, которые едут вовремя, могут быть размещены. Это отчасти объясняет большой процент поездов с более чем двумя или тремя часы задержки . Задержки обычно имеют экспоненциальное распределение. Из-за высокого процента и большой дисперсии задержек изменение назначения грузовых поездов на этапе исполнения является задача нетривиальная и поэтому связана с опытом и адекватным обращением с ДЦН.
Процесс усложняется назначения, при высоким колебании спроса со стороны клиента и приводят к позднему уведомлению, поезд позднее запрашивает пути.
66% выполненных поездов планируется на год вперед (годовой план);
90% выполненных поездов известны за три дня до выполнения при составлении первоначального плана;
10% поездов в последнюю минуту обращаются с просьбой о парковке во дворе (план расписания).
Большие задержки в сети и высокий процент запросов в последнюю минуту усложняют назначение поездов для отслеживания в режиме реального времени, что далее называется проблемой RT-TAP. Если подходящая подгонка невозможна, прибывающим поездам может потребоваться ждать или быть перенаправленным на другую железнодорожную станцию, что может привести к большим задержкам. Кроме того, большие задержки поездов и высокий процент поездов, запланированных с небольшим предварительным уведомлением, подчеркивает количество ручных решений, принимаемых на железнодорожных станциях.
Для решения этой проблемы в данном исследовании моделируется RT-TAP и изучаются методы математической оптимизации в реальном времени, направленные на минимизировать общие задержки отправляющихся поездов на железнодорожной станции. Входом модели является набор путей и поездов. Набор треки включают номер трека и соответствующую ему длину. Набор поездов включает длину поезда, его планируемое прибытие, время отправления, время, которое поезд должен провести на станции, и взвешивание поезда. Вес поезда связан с
расписание поездов относительно расписания других поездов, типа поезда или типа груза. Выходные данные модели обеспечивают оптимальное решение для назначения поездов на пути, которое минимизирует общую взвешенную задержку на поезда, отправляющиеся с ж. д. станции. Это назначение обновляется каждый раз, когда поезд прибывает на станцию, вызывая событие, основанное на событии.
Повторная оптимизация. ДЦН может принять окончательное решение на основании предлагаемого нами задания.