Совершенствование организации пропуска судов по шлюзованным системам: на примере ВДСК

В последние годы проблема недостаточной эффективности судопропуска по основным судоходным каналам европейской части Российской Федерации (РФ) вызывает все большую озабоченность у Министерства транспорта и у судоходных компаний. Волго-Балтийский водный путь (ВБВП) и Волго-Донской судоходный канал (ВДСК) являются яркими примерами сложившейся ситуации.

При существующих направлениях грузопотоков, современном флоте и техническом состоянии водных путей названные выше шлюзованные системы (ШС) эксплуатируются в зоне предельного значения величины их пропускной способности (ПС). Для эффективной эксплуатации флота, предполагающей рациональное и стабильное значение продолжительности времени прохождения судами ШС, необходим определенный запас ПС системы.

Согласно концепции развития транспорта РФ на период до 2030 года, намечается активное вовлечение внутреннего водного транспорта в освоение увеличивающегося грузооборота страны. Стратегические направления экспортно-импортных грузопотоков совпадают с географическим положением ВБВП и ВДСК. В своем докладе на заседании Президиума Госсовета 13 ноября 2007 г., министр транспорта РФ И. Е. Левитин заявил: «.Особая актуальность проблемы развития внутреннего водного транспорта обусловлена ослаблением его позиции в транспортной системе России из-за длительного периода недофинансирования, ухудшения состояния внутренних водных путей и судоходных гидротехнических сооружений, снижения отраслевого инвестиционного потенциала, что не позволяет в полной мере использовать его конкурентные преимущества для увеличения объемов грузовых и пассажирских перевозок, наращивания транзитного потенциала страны.». Далее сделан вывод, что «.в развитии экономики РФ наступил этап, когда транспортная инфраструктура должна перейти от этапа поддержания и модернизации отрасли к ее развитию на основе инновационного и технологического прорыва.». В этой связи в отношении будущего ВБВП и ВДСК должны быть рассмотрены две задачи:

1. ПС шлюзованных систем должна быть существенно увеличена, что потребует реконструкции каналов и строительства второй нитки шлюзов.

2. До полной модернизации ШС, то есть в переходный период, должна быть разработана рациональная схема судопропуска, позволяющая с минимальными потерями обеспечить бесперебойную эксплуатацию ШС.

Для приведения ПС ШС в полное соответствие с реальными потребностями необходимо не только инвестировать денежные средства, но и задействовать значительные интеллектуальные и временные ресурсы. На протяжении переходного периода флот должен максимально эффективно пропускаться по ШС, исходя из имеющихся ресурсов ПС.

Для этого необходимо решить ряд научно-методических задач и получить инструмент, позволяющий оценивать качество принимаемых оперативных решений. Необходимы современные методы оценки величины ПС, методы организации и согласования работы флота в переходных условиях с целью повышения эффективности судопропуска.

По расчетам экспертов [1], при реализации комплекса мер, направленных на развитие транспортной инфраструктуры ВБВП, возможный перспективный грузопоток возрастет с 16−17 млн. т, достигнутых в навигацию 2006 г., до прогнозируемых к 2025 г. 33 млн. т в навигацию. В результате реконструкции ВБВП будут созданы необходимые условия для роста внешнеторговых перевозок, сократится время простоя судов, увеличится скорость доставки товаров и снизятся затраты на их транспортировку.

В итоге все заинтересованные стороны достигнут своих целей: судоходные компании (СК) — за счет роста грузооборота и доходов, а также уменьшения времени простоя судовгрузовладельцы — за счет роста скорости доставки товаров и снижения затрат на их транспортировкупотребители — за счет снижения затрат на транспортировку в конечной цене продукциигосударство — за счет роста денежных средств от получения налогов в бюджеты всех уровней, стимулирования развития бизнеса и создания благоприятной конкурентной среды для российских перевозчиков.

В настоящее время при организации процесса судопропуска по ШС основную роль играет опыт производственников, статистические данные по результатам работы прошлых лет, нормативная и справочная документация. Используется и вычислительная техника, однако она применяется для делопроизводства, связи и других задач, не связанных с выбором рационального варианта пропуска судов по системе.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности пропуска судов по ШС, эксплуатируемых с малым резервом ПС, за счет применения методических рекомендаций по рационализации судопропуска.

Задачи, поставленные для данного диссертационного исследования, можно сформулировать следующим образом:

— исследовать вопросы эффективного использования ПС ШС;

— уточнить организационный смысл понятия ПС;

— проанализировать измерители ПС и сформировать рекомендации по их использованию при расчете ПС;

— разработать методику повышения эффективности использования ПС ШС;

— создать имитационную модель работы ШС на предельных режимах;

— создать методику согласования расписания движения туристических судов и оптимального графика использования ШС.

Диссертационная работа направлена на повышение эффективности использования величины ПС крупных ШС центрально-европейской части РФ за счет рациональной организации процесса судопропуска с использованием современных научных методов и применения информационных технологий.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих работах автора:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

Гусев, Д. Е. Об имитационной модели пропуска судов по шлюзованным системам / Д. Е. Гусев // Речной транспорт XXI век. — 2007. -№ 6. — с. 62−64.

Прочие публикации.

1. Гусев, Д. Е. Компьютерное моделирование транспортной системы. / Д. Е. Гусев // Труды / Волж. гос. акад. водн. тр-та. — Н. Новгород, ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2004.

2. Гусев, Д. Е. Компьютерное моделирование работы шлюзованной системы / Д. Е. Гусев // Великие реки — 2005: тез. докл. на межд. фор. — Н. Новгород, 2005.

3. Гусев, Д.Е. К проблеме оптимизации использования пропускной способности шлюзованных систем / Д. Е. Гусев // Великие реки — 2006: тез. докл. на межд. фор. — Н. Новгород, 2006.

4. Гусев, Д.Е. К вопросу использования информационных технологий в управлении шлюзованной системой / Д. Е. Гусев // Великие реки — 2006: тез. докл. на межд. фор. — Н. Новгород, 2006.

5. Гусев, Д.Е. К проблеме разработки графика судопропуска для шлюзованных систем / A.A. Сазонов, Ю. Н. Уртминцев, Д. Е. Гусев // Труды / Волж. гос. акад. водн. тр-та. — Н. Новгород, 2006. — Вып. 17. — С. 67−71.

6. Гусев, Д. Е. Обоснование тарифов за ускоренное прохождение судов по шлюзованным системам / Д. Е. Гусев // Великие реки — 2006: тез. докл. на межд. фор. — Н. Новгород, 2007.

7. Гусев, Д.Е. К вопросу об ограничении судопотока на шлюзованных системах. / Д. Е. Гусев // Великие реки — 2006: тез. докл. на межд. фор. — Н. Новгород, 2007.

8. Гусев, Д. Е. Методические основы системы составления согласованного расписания для туристических судов. — Н. Новгород, Тезисы Научно-методической конференция «Транспорт-XXI ВЕК», ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2007.

Авторское свидетельство.

A.c. Эксплуатационный тренажер/Гусев Д.Е., Железнова Н. В., Железнов C.B., Никулина М. В., Нюркина Э. Е., Платов Ю.И./ № 2 008 613 414 заявка № 2 008 612 231, зарегистрирован 17 июня 2008 г.

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ.

АЛГОРИТМ — понятная исполнителю и пользователю последовательность действий, предназначенная для решения задачи определенного типа. Алгоритм может быть представлен в описательной (словесной), графической или программной форме.

АС СЕР — система по автоматизации составления единого согласованного расписания пассажирских судов на туристических линиях, разработанная автором данной диссертации.

ВБВП — Волго-Балтийский водный путь. Система каналов, рек и озёр на Северо-Западе РФ, соединяющая р. Волга с Балтийским морем. Проходит через Рыбинское водохранилище до г. Череповец, р. Шексна, Белозерский канал, р. Ковжа, Мариинский канал, р. Вытегра, Онежский канал, Онежское озеро, р. Свирь, Ладожское озеро и р.Нева. Длина пути составляет приблизительно 1100 км, глубина судоходного фарватера — не менее 4 м, что обеспечивает проход судов водоизмещением до 5000 т.

ВДСК — Волго-Донской судоходный канал имени В. И. Ленина. Канал, соединяющий р. Волга и р. Дон в месте их максимального сближения друг с другом вблизи г. Волгограда. Звено единой глубоководной транспортной системы Европейской части России. В состав канала входят 13 судоходных шлюзов. Общая протяжённость канала — 101 км. Из них 45 км проходит по водохранилищам. Глубина — не менее 3,5 м.

ВОЛЖСКАЯ ЛЕСТНИЦА ШЛЮЗОВ — девять шлюзов ВДСК, расположенных от г. Красноармейска. ВЛШ состоит из 9 однокамерных однониточных шлюзов общей высотой подъема судна 88 м. Габариты шлюзовых камер — 145×18 метров.

ГБУВПиС — Государственное бассейновое управление водных путей и безопасности судоходства.

МАКСИМАЛЬНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ПС — эта ПС может быть определена, если при расчетах будут учитываться характеристики наилучших, с точки зрения заполнения камеры и управляемости, судов и самых оптимальных из всех возможных для исследуемой ШС способов организации судопропуска.

ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ (ПП) — совокупность машинных программ, предназначенных для реализации определенного алгоритма и решения в автоматическом или автоматизированном режиме прикладной задачи или спектра задач.

ПРПРШС-2 — разработанный автором диссертации программный продукт «Программа расчета параметров работы шлюзованной системы», предназначенный для расчета параметров работы ШС, версия вторая.

ПС — пропускная способность. Подразумевается ПС шлюза, участка пути или ПС ШС. Количество тонн груза или единиц флота, которые могут быть пропущены через шлюз за единицу времени.

СУБД — система управления базами данных. Программный продукт, предназначенный для эффективного администрирования баз данных.

УСКОРЕННЫЙ ПРОПУСКуслуга, предлагаемая в рамках данной работы как средство достижения бюджетного эффекта от мероприятий по повышению ПС и сокращения времени определенных рейсов.

ШС — шлюзованная система. Совокупность гидротехнических сооружений, предназначенных для пропуска судов в горизонтальном (от шлюза к шлюзу) и в вертикальном (с одного уровня на другой) направлении.

ФАКТИЧЕСКАЯ ПС — ПС, рассчитанная на основании многонавигационного опыта и статистики рассчитанная для современной структуры флота и способах организации судопропуска.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Исследования, выполненные в диссертации, направлены на решение ряда научных и методических проблем, связанных с совершенствованием организации пропуска судов по ШС. Основной целью исследований является повышение эффективности судопропуска (по критерию максимизации ПС ШС) за счет рационального использования резервов в условия предельных режимов ШС.

Для достижения поставленной цели были проанализированы факторы, влияющие на величину ПС. В результате анализа опыта эксплуатации ШС в России и за рубежом выявлено, что чрезвычайно большое влияние на эффективность использования ШС оказывает фактор рациональной организации судопропуска. Для эффективного управления ШС в переходных и предельных режимах необходима количественная оценка качества организационно-оперативных решений. Таким показателем теоретически может быть ПС ШС. Однако практическая ценность его теряется из-за недостаточной точности. При расчете ПС ШС нужно учитывать влияние фактора организации пропуска судов по ШС.

Наиболее развитая теория, предметом изучения которой является пропускная способность транспортной коммуникации, — это теория транспортных потоков. Наиболее простой способ получения главной характеристики ШС — ее ПС — это применение макроскопической модели. Однако ее использование всегда затрудняется наличием неизвестных параметров: участковой скорости и плотности потока.

Эта проблема для ШС может быть решена методом имитационного моделирования транспортного потока. Для этого была разработана дискретно-событийная, пошаговая имитационная модель, описывающая возможные взаимодействия объектов, находящихся в определенный момент времени внутри ШС. Целью моделирования является получение значения ПС ШС при любом заданном способе организации судопропуска, любых переменных условиях движения. Для определения ПС ШС на основе имитационного моделирования создана одноименная методика.

Далее в исследованиях приведены возможные варианты использования имитационной модели для рационализации пропуска судов по ШС. В том числе для оптимизации расписания туристических судов и для реализации услуги «Ускоренный пропуск» судов.

Результатом выполненных диссертантом исследований является следующее:

— проведено научное обобщение способов расчета и аспектов применения измерителей пропускной способности шлюзованных систем (ПС ШС) в зависимости от поставленных задач. Это позволит более точно применять данный показатель для количественной оценки качества оперативных решений и определения реального потенциала шлюзованной системы, как участка транспортной коммуникации;

— разработана методика оценки ПС ШС, позволяющая более гибко учитывать влияние фактора оперативного управления на величину ПС;

— создана имитационная модель работы ШС для режимов эксплуатации с минимальными резервами ПС, позволяющая реализовать обозначенную ранее методику на практике с целью получения оптимального варианта пропуска по критерию максимизации ПС ШС;

— создана методика согласования расписаний работы туристических судов и оптимального графика использования ШС, позволяющая повысить величину ПС за счет рационализации расписаний пассажирских судов;

— сформулирована концепция услуги «Ускоренный пропуск судов», осуществляемой на платной основе, доходы от реализации которой должны быть направлены на реализацию мероприятий по повышению ПС ШС;

— предложены организационные мероприятия по реализации услуги «Ускоренный пропуск судов», регламентирующие важные аспекты работоспособности услуги, при выполнении которых обеспечивается наибольший эффект.

Методика оценки величины ПС позволяет быстро и точно рассчитывать её значение для любого элемента пути: шлюза, системы шлюзов, системы шлюзованных путей. Это чрезвычайно важно при стратегическом планировании перспективных грузопотоков. Недооценка величины ПС приведет к недоиспользованию провозной способности флота, завышение значения ПС — к увеличению затрат времени на прохождение судами ШС.

Предложенная автором методика определения ПС ШС сопровождается имитационной моделью и компьютерной программой, позволяющей проводить расчеты с использованием вычислительной техники. Отличительной особенностью имитационной модели является возможность учитывать как технические, так и организационные параметры работы ШС за счет гибкого формирования параметров моделирования. Модель апробирована на контрольном примере (участок ВДСК — шлюзы №№ 1−9). Результаты апробации рассмотрены и одобрены на совещании при руководителе ФГОУ Волго-Донское ГБУВПиС 19 декабря 2005 г. (протокол совещания прилагается к диссертации в приложении Д).

Предложенная методика после адаптации может быть применена к таким ШС как: ВБВП, ББК, канал им. Москвы.

В ходе дальнейших исследований автор планирует применять полученные научные знания для решения ряда актуальных задач в области водного транспорта. Среди них задачи оперативного согласования расписаний движения пассажирского флота с целью повышения эффективности использования ШСопределения ПС транспортной системы, включающей в себя несколько ШСавтоматизации разработки оптимальной схемы судопропуска. Результаты данного диссертационного исследования предполагается использовать в «Навигационном тренажере по эксплуатации и безопасности движения судов», создаваемом на кафедре Управления транспортом ФГОУ ВПО «ВГАВТ».