Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект направлен на решение научной проблемы создания математического и программно-алгоритмического инструментария моделирования и сценарного анализа работы объектов и систем морской и речной инфраструктуры, при учете случайных факторов и влияния неопределенностей. В качестве конкретного объекта исследования выбраны грузовые порты. Особенностью функционирования портов является циклический характер их работы. Регулярно выполняются однотипные операции с грузами: разгрузка, погрузка, хранение и транспортировка. При этом состав оборудования и планировка системы зависят как от специализации, так и от особенностей местности. В результате, несмотря на общность принципов функционирования, каждый объект обладает уникальными чертами. Исследованием технических систем с такими свойствами занимаются в теории массового обслуживания (ТМО). При этом модели ТМО являются достаточно универсальными и их можно относительно быстро адаптировать для широкого спектра транспортных систем, в частности, портов различной специализации. По этим причинам в качестве математического аппарата была выбрана ТМО. На первом этапе выполнения проекта авторами разработана методика математического моделирования работы грузовых портов, в структуре которых действует автомобильный и железнодорожный транспорт, в виде немарковских сетей массового обслуживания (СеМО) со сложными входящими потоками заявок, включая BMMAP-поток, неординарным их обслуживанием в узлах СеМО и наличием разных типов заявок со своими маршрутными матрицами. В результате, в модели отображаются влияние случайных факторов на поступление, разгрузку и погрузку транспорта (поездов, грузовиков и судов), различные размеры перевозимых на нем партий грузов, наличие нескольких маршрутов движения грузов в системе и особенности работы ее отдельных элементов. Для численного исследования получаемых моделей разработана имитационная модель функционирования немарковских СеМО. Она построена на основе дискретно-событийного подхода моделирования и реализована в виде программы для ЭВМ на языке программирования Object Pascal. Программа позволяет определить стационарные показатели эффективности для СеМО размером до 100 узлов и 100 независимых неординарных потоков заявок, в том числе BMMAP, а также допускается введение до 10 типов заявок со своими маршрутными матрицами. На основе предложенного подхода построены стохастические модели двух типов портов: экспортного угольного комплекса в России, включающего железнодорожную станцию, и морского контейнерного терминала во Вьетнаме, имеющего в своей структуре автомобильный грузовой фронт. С помощью представленной программы был проведен анализ моделей и на основе полученных результатов установлены текущая и максимальная допустимая загрузка портов, а также построен прогноз их работы при увеличении грузопотоков в будущем. При исследовании портов помимо учета технических факторов, необходимо также рассматривать экономические показатели предприятия и фактор безопасности. К последнему, в частности, относится поиск безопасных маршрутов в акватории при неблагоприятных погодных условиях и наличии препятствий: туманов, течений, мелководья, других судов и мест их стоянки. Исполнителями проекта предложен и программно реализован алгоритм построения маршрутов без столкновений для транспортных средств с учетом конфигурации фарватера и при наличии движущихся препятствий. Проведен вычислительный эксперимент, выявлены границы применимости алгоритма, связанные с количеством управляемых объектов, площадью непроходимых зон и максимально допустимыми углами поворотов.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
На втором, завершающем этапе, изучены универсальные морские порты, где из-за разнообразия грузов и оборудования, а также возможности альтернативной маршрутизации судов между специализированными и универсальными причалами, процесс работы становится нестационарным. Для их описания были применены немарковские нестационарные СеМО. В результате создана комплексная методика математического моделирования грузовых портов различной специализации. Модели на ее основе позволяют учитывать стохастичность поступления и обслуживания транспорта, различные характеристики партий груза, сложную маршрутизацию с альтернативными путями, а также изменение параметров системы во времени. На основе данной методики построены и исследованы стохастические модели трех типов портов: 1) экспортного угольного комплекса в России, включающего железнодорожную станцию; 2) морского контейнерного терминала во Вьетнаме, имеющего в своей структуре автомобильный грузовой фронт; 3) универсального порта во Вьетнаме, включающий автомобильный, речной и морской транспорт и обрабатывающий два типа груза. Для численного исследования получаемых моделей разработана имитационная модель функционирования немарковских нестационарных СеМО. Она построена на основе дискретно-событийного подхода моделирования и реализована в виде программы для ЭВМ на языке программирования Object Pascal. Программа позволяет определить стационарные показатели эффективности для СеМО, в которой имеется до 100 узлов и столько же неординарных нестационарных потоков заявок, включая BMMAP, а также имеется до 10 типов заявок со своими маршрутными матрицами. Помимо технологического моделирования, для решения задачи безопасной навигации в акватории был предложен и программно реализован алгоритм построения маршрутов без столкновений с учетом движущихся препятствий и конфигурации фарватера. Проведен вычислительный эксперимент, показавший преимущество разработанных алгоритмов над методами, как CFM, PRIMAL и DHC, по ключевым показателям. С целью учета неблагоприятных погодных условий, которые оказывают влияние на движение судов, вместо функции, задающей мгновенную скорость движения, введено векторное поле скоростей. Выполнена соответствующая модификация алгоритмов. Все задачи проекта полностью решены. Оба инструмента – имитационная модель и алгоритм маршрутизации – вошли в состав специализированного программного комплекса, который также включает модули статистического анализа и визуализации. С его помощью проведен детальный анализ работы портов, определены их текущая и максимальная пропускные способности, а также построены прогнозы функционирования при потенциальном росте грузопотоков в будущем.