Выпуск 1 - Issue 1

Цель: Разработка и исследование алгоритма системы автоведения для высокоскоростных поездов с учетом требований энергоэффективности, точности соблюдения графика движения, повышения безопасности и комфорта пассажиров. Методы: Применен аналитический и программно-расчетный подходы к проектированию алгоритма автоведения. Для моделирования движения электропоезда использован метод конечных элементов. Алгоритм реализован на языке Python с использованием библиотек NumPy, Pandas и Matplotlib. Проанализированы данные движения высокоскоростного поезда «Сапсан», проведен сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных. Результаты: Разработан алгоритм системы автоведения, позволяющий повысить энергоэффективность и точность соблюдения графика движения, а также снизить субъективное влияние машинистов на энергозатраты. Зафиксирован эффект экономии электроэнергии на 11 % и более при различной интенсивности движения от внедрения системы. Представлены результаты моделирования кривой движения в сравнении с экспериментальными эксплуатационными данными. Практическая значимость: Внедрение предложенного алгоритма автоведения позволит повысить энергоэффективность работы высокоскоростных поездов, улучшить эксплуатационные характеристики, увеличить точность соблюдения графиков движения и повысить уровень комфорта пассажиров. Разработанная система может быть применена на магистралях с высокой интенсивностью движения для повышения пропускной способности без модернизации инфраструктуры.

Ключевые слова:Высокоскоростной поезд, система автоведения, энергоэффективность, автоматизированное управление, алгоритм автоведения, оптимизация движения, железнодорожный транспорт

Контакты: rector@pgups.ru, marikin_s@mail.ru, nikolaykalinin1997@gmail.com, geneek123@gmail.com

Implementation of an Automatic Control System to Improve the Operation Accuracy and Energy Efficiency on High-Speed Electric Trains O. S. Valinsky, A. N. Marikin, N. P. Kalinin, E. V. Sukhanov
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-7-18

To develop and evaluate an automatic train control algorithm for high-speed trains aiming at energy efficiency, timetable accuracy and increased passenger safety and comfort. Methods: An analytical and computer-based approach was used to design an automatic control algorithm. The finite element method was used to simulate an electric train movement. The algorithm has been implemented in Python language using NumPy, Pandas and Matplotlib libraries. The Sapsan high-speed train operation data have been analysed and a comparative analysis of experimental and computational data has been carried out. Results: The automatic train control algorithm has been developed to improve energy efficiency and timetable accuracy, as well as to reduce the train driver impact on energy consumption. The effect of energy savings up to more than 11% in conditions of different traffic volumes due to the implementation of the system has been recorded. The results of the motion curve simulation compared with experimental operating data are presented. Practical significance: The implementation of the proposed automatic control algorithm will improve the energy efficiency of high-speed trains, enhance their operational characteristics, increase the train timetable accuracy and upgrade the level of passenger comfort. The developed system can be used on railways with high traffic intensity to increase railway capacity without upgrading the infrastructure.

Keywords: High-speed train, automatic control system, energy efficiency, automated control, automatic control algorithm, traffic optimization, railway transport

Contacts: rector@pgups.ru, marikin_s@mail.ru, nikolaykalinin1997@gmail.com, geneek123@gmail.com

Цель: Организация пригородных железнодорожных перевозок требует учета сезонной неравномерности пассажиропотока. Ранее была обнаружена сильная корреляционная зависимость между величиной месячного пассажиропотока и среднемесячной температурой воздуха, но на некоторых направлениях связь значительно слабее, чем на других. Исследование выполнено с целью выявления причин слабой корреляционной связи на отдельных пригородных направлениях и уточнения области влияния погодных условий на месячные объемы перевозок. Методы: Исследования основаны на статистической отчетности субъектов пригородных перевозок: АО «Северо-Западная пригородная пассажирская компания» и ООО «Южная пригородная пассажирская компания». Месячные пассажиропотоки рассматривались в разрезе их возможности связи со среднемесячной температурой воздуха. Для обработки информации применены методы корреляционного анализа и средства MS Excel. Коэффициенты корреляции рассмотрены в комплексе с коэффициентами месячной неравномерности. Результаты: Установлена зависимость между силой корреляционной связи величины месячного пассажиропотока со среднемесячной температурой воздуха и диапазоном коэффициентов месячной неравномерности перевозок в течение года. Уточнена область применения корреляционной связи между среднемесячной температурой воздуха и месячной величиной пассажиропотока. Предложена классификация пригородных направлений в зависимости от фактора, оказывающего наибольшее влияние на объем перевозок. Практическая значимость: В целях прогнозирования описывать изменения пассажиропотоков правильнее меньшим числом факторов, так как ошибка прогноза будет меньшей. С этой целью направления классифицируются на «рабочие» и «рекреационные», так как для каждого из них следует выбирать разный набор факторов для составления прогнозных уравнений или моделей. Анализ корреляционной связи между среднемесячной температурой воздуха и месячной величиной пассажиропотока может быть полезен в случаях, где сложно определить тип направления исходя из географического расположения.

Ключевые слова: Неравномерность, пригородные перевозки, среднемесячная температура, маятниковая миграция, рекреационная зона, пассажиропоток, корреляционная зависимость

Контакты: sss1999@inbox.ru, docentkostenko@yandex.ru

The Use of Correlation Analysis for Determining Factors Influencing Monthly Commuter Traffic Volumes S. S. Smirnov, V. V. Kostenko
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-19-31

Purpose: The suburban rail transport operation requires taking into account seasonal irregularities in passenger flows. Although a strong correlation between monthly passenger flows and average monthly air temperature was revealed earlier, it is less pronounced on some routes than on others. The study has been carried out to find out what causes the weak correlation on certain suburban routes and to define the weather impact areas on monthly traffic volumes. Methods: The research is based on the statistical reports of transportation companies such as JSC "North-Western Suburban Passenger Company" and LLC "Southern Suburban Passenger Company". The possible relationship between monthly passenger flows and the average monthly air temperature are investigated. Correlation analysis methods and MS Excel tools are used for data processing. The correlation coefficients are considered in combination with the coefficients of monthly unevenness. Results: The dependence of the monthly traffic irregularities on the correlation intensity between monthly passenger flows and the average monthly air temperature during the year has been established. The application area of the correlation between the average monthly air temperature and monthly passenger flows has been specified. The suburban routes classification has been proposed based on the factors effecting traffic volumes strongly. Practical significance: With a view to predicting, passenger flow changes are more advisable to describe based on a smaller number of factors, so as the prediction errors shall be fewer. For this purpose, the routes are categorised into ‘working’ and ‘recreational’ ones, as for each of them a different set of factors should be taken into consideration when making predictive equations or models. The correlation analysis between average monthly air temperature and monthly passenger flows can be useful when a geographical location makes it difficult to determine the type of destination.

Keywords: Irregularities (unevenness), suburban transportation, average monthly temperature, circular migration, recreational area, passenger flow, correlation dependence

Contacts: sss1999@inbox.ru, docentkostenko@yandex.ru

Изложить принципы формирования генетического компоновочного алгоритма при разработке метода размещения объектов транспортного узла, использования и обработки массивов данных. Методы: На основе анализа публикаций в направлении данных исследований применена методологическая база генетических алгоритмов, авторские решения линейных диофантовых уравнений в параметризации зон узла, учитываемых при постановке компоновочных задач. Результаты: В статье разработан авторский метод решения прикладной задачи размещения объектов транспортного узла в условиях нечетких постановок направлений исследования, формирования массивов данных, их оценки и выбора рациональных вариантов с применением метода Парето и авторского генетического компоновочного алгоритма. Исследована возможная адаптация транспортных характеристик зон узла к перспективным направлениям цифровизации и интеллектуализации инфраструктурно-технологического взаимодействия. Практическая значимость: На примере зон узла представлен авторский метод решения прикладной задачи, формирования массивов данных, их оценки и выбора рациональных вариантов с применением метода Парето и генетического компоновочного алгоритма, получен эффект за счет улучшения транспортных связей, рационализации параметров зон, повышения рейтинга узла.

Ключевые слова: Транспортный узел, зоны узла, параметры транспортной работы, математическое моделирование, генетический компоновочный алгоритм, линейные диофантовы уравнения, метод Парето, большие данные

Контакты: o_chislov@mail.ru, brutald@yandex.ru, luganchenko.n@yandex.ru

Genetic Layout Algorithm for Placing Transport Hub Objects (GLA TH): Problem Statement, Formation and Use of Data Sets, Solution Methods O. N. Chislov, E. E. Mizgireva, N. M. Luganchenko
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-32-46

Purpose: To formulate the principles of a genetic layout algorithm for planning transport hub facilities placement and those of data use and processing. Methods: Based on the analysis of the relevant scientific papers, the genetic algorithm method and the author-developed linear Diophantine equations in the parameterization of the node zones considered in the formulation of layout problems are applied. Results: The authors have developed an application method for placing transport hub objects in the context of unclear direction of research, data sets formation and their evaluation and rational options using the Pareto method and the authors’ genetic layout algorithm. The potential adaptation of hub zones transport specifications to prospective digitalized and intellectualized infrastructure and technology collaboration has been investigated. Practical significance: The authors’ solution for an applied problem and big data set formation, evaluation and choosing rational options using the Pareto method and a genetic layout algorithm on the example of hub zones is presented. The efficiency is obtained through improved transport links, optimized zone parameters, and higher hub rating.

Keywords: Transport hub, hub zones, transport operation parameters, mathematical modeling, genetic layout algorithm, linear Diophantine equations, Pareto method, big data sets

Contacts: o_chislov@mail.ru, brutald@yandex.ru, luganchenko.n@yandex.ru

Определить возможности применения методов транспортно-градостроительного моделирования для обоснования размещения субцентров в рамках полицентрической модели развития городов. Предложить численные критерии размещения потенциальных городских центров в зависимости от величины средних затрат времени на передвижения и разработать систему градации районов на основе данных критериев. На примере Петербургской агломерации определить значения прироста населения, остающегося в своих районах проживания, при увеличении средних затрат времени на передвижения. Отранжировать исследуемые районы по уровню эффективности организации на их основе субцентров. Методы: Математическое моделирование, методы обработки больших объемов данных, методы геоинформационного анализа. Результаты: Проанализированы применяемые в современных транспортных моделях методики расчета матриц межрайонных корреспонденций. Предложена гипотеза определения уровня самодостаточности городских районов, на основе которых целесообразна организация субцентров. Разработаны численные критерии размещения потенциальных городских центров в зависимости от величины средних затрат времени на передвижения, и предложена система градации районов на основе данных критериев. Проведена апробация решения задачи определения целесообразности организации субцентров на примере Петербургской агломерации. Сформулированы выводы о возможности использования методов математического моделирования для обоснования размещения субцентров в городах и агломерациях на основе предложенных численных критериев. Практическая значимость: Полученные результаты могут служить основой для расширения круга задач, решаемых на основе методов транспортно-градостроительного моделирования. Разработанные подходы и критерии могут использоваться при разработке проектных решений в составе стратегий и концепций территориального развития городов в части обоснования возможности организации полицентрической модели.

Ключевые слова: Транспортное моделирование, агломерация, полицентрическая модель, матрица корреспонденций, транспортный спрос, максимизация энтропии

Контакты: nipigrad@yandex.ru, nicholaskalyuzhny@gmail.com

Identifying Polycentric Urban Area Potential Based on Mathematical Modelling of Passenger Public Transport Systems L. А. Losin, N. A. Kalyuzhny
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-47-59

To identify the potential application of transport and urban planning modelling methods to rationalize sub-centre locations within a polycentric model of urban development. To present numeric criteria for the potential urban centre locations depending on the average travel time as well as to develop a district grading system based on these criteria. To estimate the population growth rate in the city residential districts with increasing average travel time on the example of St. Petersburg agglomeration. To rank the investigated residential districts in terms of their sub-centre organizational efficiency. Methods: Mathematical modelling, large volume data processing methods, geo-information analysis methods. Results: The methods used in modern transport models for calculating zone-to-zone matrices have been analyzed. A hypothesis is proposed to determine the level of urban areas’ self-sufficiency for creating sub-centres within them. Numerical criteria for the potential urban centre placement depending on the average travel time have been developed, and a district ranking system based on these criteria is proposed. The solution of the problem of determining the feasibility of sub-centres within a city has been tested on the example of St. Petersburg agglomeration. The conclusions on the possibility of using mathematical modelling methods to justify the sub-centre placement in cities and agglomerations based on the proposed numerical criteria are formulated. Practical significance: The results obtained can be used for expanding the range of project solutions applying methods of transport and urban planning modelling. The developed approaches and criteria can be used in the design solutions as part of city area development strategies and concepts in terms of substantiating the possibility of organizing a polycentric model.

Keywords: Transport modelling, agglomeration, polycentric model, zone-to-zone matrices, transport demand, entropy maximization

Contacts: nipigrad@yandex.ru, nicholaskalyuzhny@gmail.com

Цель: Формализация эксплуатационной работы железнодорожного участка для представления в имитационных и цифровых моделях управления в задачах повышения пропускной способности железнодорожного участка. Методы: Методической основой исследования является системный подход, при котором объект исследования рассматривается как сложная система, состоящая из взаимодействующих подсистем и элементов. Использованы методы динамического и нейросетевого программирования, а также инструментарий для структурного анализа, алгоритмизации и моделирования сложных систем управления. Результаты: В исследовании представлены основные сущности, имеющие отношение к организации работы железнодорожного участка, их состояния, алгоритмы взаимного влияния, а также параметры оценки эффективности управления. Выполнена формализация иерархии идентификационных параметров участка железнодорожной сети и объектов, находящихся на ней, для формирования цифрового двойника и нейросетевых процедур управления. Предложен подход к выработке организационно-технологических решений, направленных на эффективное использование пропускных способностей участков и направлений полигона сети с применением технологий цифровых двойников и технологий искусственного интеллекта. Практическая значимость: Представлены индикаторы разных уровней организации работы участка железнодорожной сети, состояния объектов транспортной инфраструктуры и поездной ситуации на участке, влияющие на пропускную способность участка. Формализация объектов и процессов железнодорожного транспорта имеет значение для последующих исследований в области технологий искусственного интеллекта, для разработки и внедрения интеллектуальных технологий управления перевозочным процессом. Апробация предложенной модели выполняется на базе учебно-лабораторного комплекса «Виртуальная железная дорога» с целью отработки опыта использования искусственного интеллекта в задачах управления перевозочным процессом.

Ключевые слова: Железнодорожный участок, пропускная способность, математическая модель, цифровая модель, нейросетевое управление

Контакты: mamaev_enver@mail.ru, abrosimova@yandex.ru

Mathematical Model of the Railway Operation Optimization to Increase a Railway Section Capacity E. A. Mamaev, E. A. Chebotareva
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-60-74

Formalization of a railway section operation for simulation and digital operation models to improve a railway section capacity. Methods: The methodological basis of the research is a system approach in which the research object is considered as a complex system consisting of interacting subsystems and elements. Dynamic and neural network programming methods as well as tools for structural analysis, algorithmization and modeling of complex control systems are used. Results: The study presents the main entities related to the management of the railway section operation, their conditions, algorithms of mutual influence, as well as parameters for evaluating the management effectiveness. The formalization of the identification parameter hierarchy of a railway section and its infrastructure to create a digital double and neural network control procedures has been carried out. An approach to the development of operational and technological solutions aimed at the effective use of railway section capacities and network routes using digital doubles and artificial intelligence technologies is proposed. Practical significance: Indicators of different levels of railway section management, transport infrastructure and train operation on the section affecting the rail capacity are presented. Formalization of railway transport objects and processes will be important for further research in the field of artificial intelligence technologies as well as for the development and implementation of intelligent technologies in transportation management. Approbation of the proposed model has been carried out based on the ‘Virtual railway’ training laboratory complex in order to improve practical skills in applying artificial intelligence in the transportation management.

Keywords: Railway section, throughput, mathematical model, digital model, neural network control

Contacts: mamaev_enver@mail.ru, abrosimova@yandex.ru

Цель: Выбрать и обосновать методы и алгоритмы машинного обучения с целью построения динамических моделей энергооптимального движения локомотива с поездом в режиме реального времени. Ранее был определен уровень фактического использования систем автоматизации вождения грузовых поездов магистральными грузовыми электровозами постоянного тока, а также выявлены факторы, влияющие на энергооптимальный график исполненного движения поездов. Настоящая статья посвящена новому этапу разработки инновационной технологии по автоматизированному управлению локомотивом с поездом в рамках выполнения проекта по гранту ОАО «РЖД» для молодых ученых на проведение научных исследований, направленных на создание новой техники и технологий для применения на железнодорожном транспорте. Методы: Использовались методы оптимизации в машинном обучении с применением программного обеспечения, предназначенного для моделирования нелинейных динамических систем. Результаты: Было установлено, что для решения задачи определения оптимальной позиции контроллера машиниста путем использования результатов обучений рекуррентной нейронной сети является метод Левенберга — Марквардта. Получены графические зависимости гистограмм ошибок и изменения суммарной среднеквадратической ошибки в процессе обучения искусственной нейронной сети. Практическая значимость: Результаты работы могут быть использованы при разработке аппаратно-программных комплексов, с применением методов и алгоритмов искусственного интеллекта, направленных на повышение энергетической эффективности перевозочного процесса.

Ключевые слова: Машинное обучение, локомотив, искусственный интеллект, автоматизированное управление, энергооптимальный график движения, энергетическая эффективность

Контакты: istomin_sg@mail.ru, dki35@ya.ru, shatohin_ap@mail.ru, idenisov89@mail.ru, a.a.lavrukhin@ya.ru

The Use of Machine Learning Methods to Solve the Problem of Energy-Efficient Train Movement S. G. Istomin, K. I. Domanov, A. P. Shatokhin, I. N. Denisov, A. A. Lavrukhin
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-75-84

Purpose: To select and verify methods and algorithms of machine learning to build dynamic models of a train energy-efficient movement in real time. Earlier, the use of DC electric locomotives for driving freight trains was assessed and the factors influencing the energy-efficient train movement were identified. This paper is devoted to the latest innovations in the field of automated train control within the framework of the JSC “Russian Railways” grant project for young scientists to carry out scientific research aimed at creating new equipment and technologies for railway transport. Methods: Optimization methods for machine learning were applied using model nonlinear dynamic systems. Results: The Levenberg-Marquardt method has been found most appropriate for determining the optimal position of the train driver controller by using recurrent neural network training. Graphical dependences of error histograms and total mean square error (MSE) variations in the process of artificial neural network training have been obtained. Practical significance: The results of the research can be used in the development of hardware and software systems using artificial intelligence methods and algorithms aimed at energy-efficiency improvement in transportation process.

Keywords: Machine learning, locomotive, artificial intelligence, automated control, energy-optimal schedule, energy efficiency

Contacts: istomin_sg@mail.ru, dki35@ya.ru, shatohin_ap@mail.ru, idenisov89@mail.ru, a.a.lavrukhin@ya.ru

Рассмотреть вопрос о необходимости и социально-экономической целесообразности сооружения высокоскоростной железнодорожной магистрали (ВСМ) Москва — Минск. Проанализировать роль и место ВСМ Москва — Минск в составе перспективной сети ВСМ союзных государств, а также ее основные технические и стоимостные показатели. Методы: Анализ публикаций о перспективах сооружения ВСМ, в частности в России; сравнительный анализ проектных решений по различным перспективным направлениям ВСМ в России; статистический анализ фактических и перспективных объемов пассажирских перевозок. Результаты: Показана сравнительная стоимость сооружения и протяженность ВСМ по наиболее перспективным направлениям в России. Выявлено, что Москва является наиболее востребованным направлением взаимодействия со столицей Республики Беларусь как в экономической (производство, бизнес и др.), так и социальной сферах (культурно-творческие связи, туризм и др.). Значительный рост пассажиропотока выявлен в части авиаперевозок, что также свидетельствует о востребованности развития и улучшения транспортного сообщения столиц двух братских государств. Показан рост потенциала ОАО «РЖД» в освоении и наращивании объемов пассажирских перевозок. Практическая значимость: Показана целесообразность, как для России, так и для Республики Беларусь, сооружения высокоскоростной железнодорожной магистрали для улучшения и развития их сотрудничества по самым различным направлениям экономики и социальной сферы.

Ключевые слова: Высокоскоростная железнодорожная магистраль (ВСМ), пассажиропоток, стоимость строительства ВСМ, протяженность ВСМ, перспективные направления ВСМ

Контакты: 2009bushuev@rambler.ru, khrabraya.masha@mail.ru

The Construction of Moscow — Minsk High-Speed Railway and Its Prospects N. S. Bushuev, M. S. Khrabraya
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-85-91

Purpose: To assess the necessity and socio-economic feasibility of building the Moscow — Minsk high-speed railway line (HSL). To analyse the perspective integration of the Moscow — Minsk high-speed railway in the high-speed railway network of the Union States as well as to evaluate its main technical and cost parameters. Methods: Review of publications on high-speed railway construction, particularly in Russia; comparative analysis of design solutions for perspective high-speed railway routes in Russia; statistical analysis of actual and prospective passenger traffic volumes. Results: Comparative construction costs and length of high-speed railways in the most promising regions of Russia are presented. Moscow — Minsk is the most popular direction of interaction with the Republic of Belarus both economically (production, business, etc.) and socially (cultural and creative ties, tourism, etc.). A significant increase in passenger air transportation has been revealed, which also indicates the demand for the development and improvement of transport links between the capitals of two fraternal states. The growth of JSC “Russian Railways” potential in developing and increasing passenger traffic has been shown. Practical significance: The feasibility of building a high-speed railway between Russia and the Republic of Belarus has been demonstrated that would improve and develop their co-operation in various areas of economy and social sphere.

Keywords: High-speed railway (HSR), passenger traffic, HSR construction cost, HSR length, promising HSR directions

Contacts: 2009bushuev@rambler.ru, khrabraya.masha@mail.ru

Цель: Моделирование электрической части грузового электровоза на основе технологии «Цифровой двойник» для прогнозирования параметров электровоза и сценариев развития ситуаций (включая аварийные) по данным измерительных систем в пути следования, поиска допустимых состояний в реальном времени на основе моделирования в рамках прескриптивной аналитики. Методы: Для решения поставленных задач использовались методы имитационного компьютерного моделирования в среде Matlab Simulink, программирования на языке C#, математической статистики и теории электрической тяги. Результаты: Разработана имитационная цифровая модель электрической части грузового электровоза в Matlab Simulink на основе технологии «Цифровой двойник» с учетом данных бортовых измерительных систем в пути следования. Выполнена валидация разработанной имитационной модели электрической части электровоза 2ЭС6 на основе ретроспективных данных, полученных после обработки записей РПДА. Выполнено имитационное моделирование возможной неисправности в электрической части электровоза 2ЭС6 с ее последующим автоматизированным устранением, представлены графики полученных рассчитанных и экспериментальных зависимостей по времени. Практическая значимость: Полученные результаты исследования, а именно разработанные имитационные модели электрической части грузового электровоза на основе технологии «Цифровой двойник» могут найти применение с целью генерирования набора данных с различными параметрами движения поезда для машинного обучения модели прогнозирования состояния электровоза и сценариев развития ситуаций (включая аварийные) в рамках разрабатываемой прескриптивной системы автоматического предотвращения неисправностей электроподвижного состава в пути следования.

Ключевые слова: Цифровой двойник, электроподвижной состав, имитационная модель, неисправности, машинное обучение

Контакты: artem.bydaev2@yandex.ru, eugentr@mail.ru

A “Digital Twin”-Based Simulation Model for an Electric Locomotive Electrical Equipment А. A. Budaev, E. A. Tretyakov
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-92-101

Purpose: To develop a “Digital Twin”-based simulation model for an electric locomotive electrical part for predicting electric locomotive parameters and scenarios (including emergencies) based on en route measurement system data, as well as to define model-based real-time valid parameters within a prescriptive analytics framework. Methods: Methods of computer simulation modeling in Matlab Simulink environment, C# programming, mathematical statistics and electric traction theory were used to solve the set tasks. Results: The simulation digital model of an electric freight locomotive electrical part in Matlab Simulink based on “Digital Twin” technology has been developed using the on-board measurement system data en route. Validation of the developed simulation model of the 2ES6 electric locomotive electrical part based on retrospective data obtained from processing the RPDA records has been carried out. Fault simulation in the electrical part of the 2ES6 electric locomotive with subsequent fault elimination has been performed, with graphs of calculated and experimental time dependencies obtained and presented. Practical significance: The research results obtained, namely the “Digital Twin”-based simulation models of the electric locomotive electrical part can be used for generating different train movement data for computer learning model to predict the electric locomotive parameters and scenarios (including emergencies) within the framework of the developed prescriptive system of automatic electric locomotive fault prevention en route.

Keywords: Digital twin, electric locomotive, simulation model, faults, computer learning

Contacts: artem.bydaev2@yandex.ru, eugentr@mail.ru

Цель: Проанализировать влияние различных эксплуатационных показателей на расход электроэнергии электромобилями на основе эмпирических данных, полученных в результате опытной эксплуатации. Методы: Параметрическая статистика, сравнение эксплуатационных показателей электробусов, анализ аналитических выражений. Результаты: Проведено сравнение средних удельных эксплуатационных затрат электромобилей и бензиновых автомобилей. Для кластера поездок в населенном пункте наиболее значимыми влияющими факторами являются пассажирооборот и связанные с ним суточный пробег и количество перевезенных пассажиров. Наблюдается сильная отрицательная связь этих факторов с удельным расходом электроэнергии электромобилем. Увеличение пассажирооборота приводит к росту удельного расхода энергии из-за увеличения массы электробуса, что требует большего расхода энергии на разгон и торможение. Практическая значимость: Продемонстрировано влияние факторов на энергетическую эффективность электромобилей, их учет способствует внедрению электромобилей в производственную деятельность ОАО «РЖД».

Ключевые слова: ОАО «РЖД», электромобиль, пассажирооборот, корреляция

Контакты: populov_yan@mail.ru, tskom@mail.ru

Analysis of Maintenance Factors Affecting the Energy Efficiency of Electric Vehicles Used In the JSC “Russian Railways” Production Activities Ya. V. Populov, A. A. Komyakov
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-102-111

Purpose: To analyze various operational factors affecting an electric vehicle power consumption based on empirical data from pilot operations. Methods: Parametric statistics, E-vehicle performance evaluation, and analytics expression analysis have been used. Results: The average per unit operation costs of electric vehicles and gasoline ones have been compared. For residential area travel, the most significant factors are passenger turnover and associated with it daily mileage and the number of passengers transported. There is a strong negative correlation between these factors and per unit energy consumption of an electric vehicle. Increased passenger volumes lead to increased per unit energy consumption due to a greater electric vehicle weight that requires more energy for acceleration and braking. Practical significance: The factors affecting the electric vehicle energy efficiency have contributed to the adoption of electric vehicles in JSC “Russian Railways” production activities.

Keywords: JSC “Russian Railways”, electric car, passenger turnover, correlation

Contacts: populov_yan@mail.ru, tskom@mail.ru

Определение изменения вертикальных нагрузок, передаваемых от колесных пар двухосной тележки локомотива на рельсы из-за развития вращающего момента тяговых электродвигателей, что ухудшает условия сцепления колес с рельсами. Для достижения поставленной цели выполнены: разработка расчетной схемы и определение моментов, возникающих в тяговой передаче при включении в работу тяговых электродвигателей; эти моменты выражены через силы взаимодействия элементов тяговой передачи, которые перенесены на раму тележки и на оси колесных пар; определение изменения вертикальных сил, передаваемых от каждой колесной пары на рельсы из-за действия вращающих моментов тяговых электродвигателей. Методы: Применение законов теоретической механики; составление и решение уравнений равновесия. Результаты: В двухосной тележке локомотивов первая по ходу движения колесная пара разгружается, а вторая догружается на такую же величину. В частности, для электровозов 2(3) ЭС5К такое перераспределение вертикальных нагрузок составит 3,1 % от нагрузки на ось. Практическая значимость: Результаты работы представляют интерес для разработки систем автоматического управления сцеплением колесных пар локомотивов с рельсами.

Ключевые слова: Электровоз, колесная пара, нагрузка от колесной пары на рельсы, буксование, вращающий момент тягового электродвигателя

Контакты: elmechtrans@mail.ru, chuchin_anton@mail.ru, alexeiruz@yandex.ru

Analysis of the Load Transmission from the Locomotive Two-Axle Bogie Wheels to the Rails at the Torque Development in a Traction Motor A. N. Savoskin, A. A. Chuchin, A. N. Kalyakulin
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-112-120

Purpose: To determine vertical load changes transmitted from two-axle locomotive bogie wheel-sets to the rails at the torque development in traction electric motors that deteriorate the wheel-rail adhesion. To achieve the set goal, a design model have been performed and the starting torque developing during the electric motor traction transmission have been defined. This torque is expressed through the interaction forces of the traction elements transferred to the bogie frame and to the wheelset axles. To determine the vertical force changes from each wheelset to the rails due to the action of the traction motor torque. Methods: Application of the theoretical mechanics laws; formulation and solution of equilibrium equations. Results: In a locomotive two-axle bogie, consecutive wheels bear contrarily directed loads of the same magnitude. Particularly, for 2(3) ES5K electric locomotives, such redistribution of vertical loads will amount to 3.1% of the axle load. Practical significance: The research results can be used for the development of automatic control systems for wheel-rail adhesion.

Keywords: Electric locomotive, wheelset, wheelset-rail load, slipping, traction motor torque

Contacts: elmechtrans@mail.ru, chuchin_anton@mail.ru, alexeiruz@yandex.ru

Цель: Исследование формирования возмущенного состояния воздушной среды в условиях аэродинамического взаимодействия подвижного состава с транспортной инфраструктурой. Методы: Представлены описание математических моделей и способы их реализации в трехмерной постановке в программном комплексе Solid Works Flow Simulation. Для решения поставленных задач использован метод Frozen Rotor, основанный на методе конечных элементов и объемов. Результаты: Приведены результаты исследований скоростей движения воздушных масс вблизи портальной зоны тоннеля, полученные с помощью разработанных математических моделей для случаев входа подвижного состава в тоннель и выхода из него. Выполнена валидация результатов натурных исследований и данных, полученных с помощью компьютерного моделирования. Практическая значимость: Проведены натурные исследования по перемещению воздушных масс при движении поезда в тоннеле. Исследованы процессы аэроупругого взаимодействия подвижного состава с портальными сооружениями тоннелей с использованием методов численного моделирования. Выявлена сложная структура образования возмущенных воздушных масс в зазоре между корпусом поезда и обделкой тоннеля, которая приводит к повышенному сопротивлению движения поезда в тоннеле, что влечет за собой снижение энергоэффективности.

Ключевые слова: Аэроупругое взаимодействие, аэродинамические факторы, высокоскоростной подвижной состав, эксперимент, «поршневой эффект», скорость воздушных масс, структура возмущенной воздушной среды, тоннельные сооружения

Контакты: nttk@pgups.ru, nttk@pgups.ru

Modelling the “Piston Effect” Caused by a Train Running in the Tunnel A. A. Vorobev, N. V. Bogdanov
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-121-133

Purpose: To investigate the formation of air turbulence and aerodynamic forces influencing high-speed trains passing through a tunnel. Methods: Implementation of three-dimensional numerical models in the software complex “Solid Works Flow Simulation” is presented. To solve the tasks, the Frozen Rotor method was used based on the finite element and volume method. Results: The study results on the air mass velocities near the tunnel portal zone using the developed numerical models for the train entering into and exiting the tunnel are presented. The results of field studies and data obtained using computer modelling have been validated. Practical significance: Field studies were carried out on the air mass movement during the train run through the tunnel. The aeroelastic interaction of rolling stock with the tunnel portal structures using numerical models have been investigated. The complexity of turbulent air mass formation in the gap between the train body and the tunnel lining resulting in increased air resistance to train movement in the tunnel and reduced energy efficiency have been shown.

Keywords: Aeroelastic interaction, aerodynamic factors, high-speed rolling stock, experiment, “piston effect”, air mass velocity, turbulent air structure, tunnel structures

Contacts: nttk@pgups.ru, nttk@pgups.ru

Цель: Анализ аспектов взаимодействия воздушного и железнодорожного транспорта, определение особенностей проектирования интермодальных комплексов и перевозок, разработка концепции интермодального пересадочного узла на базе аэропорта. Методы: Экспериментально-теоретического уровня, основанные на анализе, сборе фактов и их проверке, систематизации, выявлении зависимостей и определении причинно-следственных связей. Результаты: Проведенный анализ позволил получить полную информацию для проектирования тоннельных сооружений в действующих аэропортах. Определены критерии эффективности взаимодействия воздушного и железнодорожного транспорта. Установлены особенности интеграции железнодорожного транспорта в инфраструктуру аэропорта.

Ключевые слова: Интермодальность, тоннель, подземный терминал, взаимодействие воздушного и железнодорожного транспорта, легкорельсовый транспорт, метро, аэроэкспресс, высокоскоростные линии

Контакты: Kavkazskiy_vn@mail.ru

Analysis of Global Trends in the Development of Intermodal Transfer Hubs Based on International Airports V. N. Kavkazskiy
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-134-147

Purpose: To analyse different aspects of air and rail transport interaction; to determine design features of intermodal complexes and transportation hubs; to develop a concept of an airport intermodal transfer hub. Methods: Experimental and theoretical methods based on the data analysis and verification; systematization, identification of dependencies and determination of cause-and-effect relationships. Results: The analysis conducted made it possible to obtain full information on designing a tunnel at active airports. The criteria for an effective interaction of air and rail transport have been determined. The specific features of rail transport integration into the airport infrastructure have been established.

Keywords: Intermodality, tunnel, underground terminal, interaction of air and rail transport, light rail transport, metro, aeroexpress, high-speed lines

Contacts: Kavkazskiy_vn@mail.ru

Цель: Экономия топлива является одной их ключевых задач, стоящих перед железнодорожным транспортом. Решению задачи поиска энергооптимальных режимов ведения поезда в различных эксплуатационных условиях служит программный комплекс «Тяга — Прогноз», использование алгоритмов которого в программах автоведения поезда затруднено из-за необходимости выполнения большого объема вычислений в реальном режиме времени. Актуальность применения энергосберегающих режимов ведения поездов, определенных по алгоритмам программного комплекса «Тяга — Прогноз», обусловлена необходимостью совершенствования методов управления локомотивами. Подтверждением аддитивности определяемых режимов практически устанавливается возможность реализации алгоритма «киевский веник» при решении тягово-энергетических задач программным комплексом «Тяга — Прогноз», резко уменьшающего количество выполняемых шагов при определении энергооптимального режима. Предложены решения по сокращению вычислительного объема режима ведения поезда без заметных потерь в топливе. Методы: Методом исследований является сравнение значений расхода топлива для поездов, определенных при расчете энергооптимального режима для всей железнодорожной линии с суммой затрат топлива, определенных по тем же правилам, но по отдельным перегонам железнодорожной линии. Результаты: Сформулирован вывод о подтверждении аддитивности энергосберегающих режимов ведения поездов, определенных по алгоритмам программного комплекса «Тяга — Прогноз» для единой железнодорожной линии и отдельных ее перегонов с погрешностью менее 2 %. Практическое применение: Алгоритмы программного комплекса «Тяга — Прогноз» могут быть применены в программах автоведения поездов.

Ключевые слова: Программный комплекс, тяговые расчеты, оптимальное управление, энергооптимальный режим, аддитивность, терминология

Контакты: info@vnikti.com, avsievich-ts@vnikti.com, grinevich-vp@vnikti.com, kurilkin@pgups.ru

Using Algorithms of the Traction-Forecast Software Package to Develop Energy-Efficient Train Driving Modes S. N. Zhuravlev, T. S. Avsievich, V. P. Grinevich, D. N. Kurilkin
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-148-159

Purpose: Fuel saving is one of the key challenges facing railway transport. The “Traction — Forecast” software is a solution in search for energy-efficient modes of train driving in various operating conditions. It is difficult to use the algorithms of the system in automatic train operation programmes because of the need to perform a large amount of calculations in real time. The application of energy-saving train driving methods that have been determined by the “Traction — Forecast” software algorithms has been increasingly important due to the necessity of improving locomotive operations. The additivity of the determined modes makes it possible to apply the “Kiev broom” algorithm for solving traction-energy problems using the “Traction — Forecast” software, which sharply reduces the number of steps performed when determining the energy-efficient mode. The solutions for reducing the computational volume of the train-driving mode without noticeable fuel losses have been proposed. Methods: The values of the train fuel consumption determined for the whole railway line energy-efficient mode have been compared with the fuel consumption for separate sections of the same railway line calculated according to the same guidelines. Results: The additivity of energy-optimal modes of train driving determined by the “Traction — Forecast” software algorithms for a single railway line and its separate sections with an error of less than 2% has been confirmed. Application: The algorithms of the “Traction — Forecast” software can be applied in the automatic train operation progra mmes.

Keywords: Software system, traction calculations, optimal control, energy-optimal mode, additivity, terminology

Contacts: info@vnikti.com, avsievich-ts@vnikti.com, grinevich-vp@vnikti.com, kurilkin@pgups.ru

Цель: Сбои в работе поездных устройств автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости на метрополитене приводят к подтормаживаниям и остановкам в тоннелях, вследствие чего нарушается график движения поездов. Наиболее частой причиной возникновения таких сбоев являются помехи, действующие в канале индуктивной связи между напольной аппаратурой и поездными устройствами. В статье сформулировано условие компенсации для разработанного ранее приемного устройства, учитывающего асимметрию в линии индуктивной связи автоматической локомотивной сигнализации, обусловленную геометрическим положением контактного рельса. Методы: На основе сформулированного в ранее опубликованной работе в общем виде условия компенсации помехи в канале индуктивной связи с асимметрией геометрического положения приемных катушек и контактного рельса, на основе закона Био — Савара — Лапласа получено новое выражение, учитывающее включение дополнительных приемных катушек, индуктивно связанных с контактным рельсом. Результаты: Предложено математическое обеспечение, включающее в себя расчетное выражение, определяющее условие компенсации помехи. Был получен ряд характерных зависимостей для коэффициента пропорциональности, используемого для настройки параметров работы устройства компенсации помехи, и ЭДС, наведенных в основной и дополнительной приемных катушках системы автоматической локомотивной сигнализации при изменении геометрических параметров их размещения. Практическая значимость: Результаты моделирования позволяют определить величину коэффициента пропорциональности, характеризующего различие геометрического положения основных и дополнительных приемных катушек. Значение этого коэффициента для заданного геометрического положения катушек является основой для настройки работы предложенного устройства в условиях депо.

Ключевые слова: Электромагнитная совместимость, асимметрия, метрополитен, устройства безопасности, контактный рельс, индуктивный канал связи, автоматическая локомотивная сигнализация с автоматическим регулированием скорости

Контакты: ryadchikov.ro@yandex.ru, vs.kuzmin@bk.ru

Compensation of Electromagnetic Interference Arising Due to Inductive Coupling Asymmetry of the Metro Locomotive Signalling with Automatic Speed Control R. O. Ryadchikov, V. S. Kuzmin
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-160-170

Purpose: Failures in the operation of the Metro locomotive automatic signalling with automatic speed control lead to slowdowns and stops in the Metro tunnels and train schedule disruptions. The most common cause of such failures is interference in the inductive coupling channel between trackside devices and train equipment. The article formulates a compensation scheme for a previously developed receiver for compensating electromagnetic interference, with the inductance coupling asymmetry of automatic locomotive signalling taken into account. This is caused by the geometrical position of the contact rail. Methods: Based on the previously published paper that generally formulated a condition for interference compensation in an inductive coupling channel with the geometrical position asymmetry of the receiving coils and the contact rail, and the Biot-Savart-Laplace law, a new expression was obtained that takes into account the inclusion of additional receiving coils inductively connected to the contact rail. Results: A mathematical calculation defining the interference compensation condition has been put forward. A number of specific dependencies have been obtained for the coefficient of proportionality for adjusting the operating parameters of the interference compensation device and the EMF induced in the main and additional receiving coils of automatic locomotive signalling when changing their position geometry. Practical significance: The simulation allows determining the coefficient of proportionality characterizing the difference in the position geometry of the main and additional receiving coils. This coefficient value for the given coil position geometry is the basis for adjusting the proposed device operation in depot environment.

Keywords: Electromagnetic compatibility, asymmetry, Metro, safety device, contact rail, third-rail conductor, inductive coupling, automatic locomotive signalling with automatic speed control

Contacts: ryadchikov.ro@yandex.ru, vs.kuzmin@bk.ru

Цель: Определение интенсивности износа системы «колесо — рельс» с увеличенной осевой нагрузкой и особенностью конструкции экипажной части. Методы: Статистический анализ причинно-следственной связи возникновения факторов, влияющих на динамику вагона при прохождении неровностей пути, углубленный анализ системы взаимодействий между колесом и рельсом. Данный анализ позволяет объективно оценивать причины возникновения существующих проблем в области эксплуатации железнодорожного подвижного состава, описывать возникающие явления с достаточной степенью обоснования, предлагать прогрессивные актуальные решения и возможные перспективные развития железнодорожной отрасли. Результаты: Статистические данные технического состояния колесных пар, собранные за несколько лет, показали увеличение дефектов на поверхности катания, что связано не только с особенностями конструкции различных тележек, но и режимом ведения подвижного состава и реакцией рельс. Увеличение скоростей движения подвижного состава, рост объемов и количества перевозимых грузов приводят к повышению интенсивности эксплуатации подвижного состава. Следствием чего становится увеличение нагрузок на детали и узлы вагона и, соответственно, повышение интенсивности износа деталей. Практическая значимость: Стратегия развития интенсивности износа позволила определить многофакторность разных параметров, влияющих на возникновение продольных сил в системе «колесо — рельс». Наличие дефектов поверхности катания колес при расчетах в специальном программном продукте показало увеличение сил крипа. Анализ позволил выявить, что дефекты нужно разделить на несколько стандартных групп принадлежности по амплитудным колебаниям.

Ключевые слова: Колесо - рельс, дефекты поверхности катания, динамика вагона, интенсивность износа деталей, система «локомотив — вагон — путь»

Контакты: liuba.martinenko@yandex.ru, d_kononov@mail.ru, svk-19587@yandex.ru

Strategy for the Wheel-Rail Wear Rate Development with Increased Axial Load and a Car Underframe Specific Design L. V. Martynenko, D. P. Kononov, S. V. Krotov
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-171-178

Purpose: To determine the wheel-rail wear rate with increased axial load and a car underframe specific design. Methods: Statistical analysis of the cause-and-effect relationship of the factors affecting the dynamics of a train car passing over the track irregularities; in-depth analysis of the wheel-rail interaction system. This analysis allows assessing the causes of existing problems in the field of railway rolling stock operation as well as substantiating emerging issues, and proposing relevant up-to-date solutions and promising developments in the railway industry. Results: Statistical data on the wheelset technical condition collected over several years have shown an increase in wheel rolling surface defects, which is due to not only a variety of the underframe design features, but also rolling stock driving behaviour and rail response. Increased speeds of rolling stock movement and growth in the transported goods volume and quantity lead to an intensified rolling stock operation. Hence, increased loads on the train car units and components, and, respectively, increased wear intensity of the parts. Practical significance: The strategy for the wear intensity development made it possible to define various parameters causing longitudinal forces in the wheel-rail system. The software calculations have demonstrated that wheel rolling surface defects cause increased creep forces. The analysis has revealed that the defects can be divided into several standard groups according to amplitude fluctuations.

Keywords: Wheel-rail, rolling surface defects, car dynamics, wear rate of parts, locomotive-car-track system

Contacts: liuba.martinenko@yandex.ru, d_kononov@mail.ru, svk-19587@yandex.ru

Цель: Разработать метод, позволяющий увеличить скорость вычисления CRC для программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), превосходящий по скорости метод непосредственного расчета путем циклического сдвига. Методы: Для проведения экспериментальных исследований использовалось компьютерное моделирование. Для теоретических исследований применены метод аналитического обзора, теория помехозащитного кодирования. Результаты: Предложен и описан метод расчета CRC для посылок постоянной длины с применением произвольных полиномов. Представлены некоторые результаты сравнения контрольных разрядов кодов с наименьшей избыточностью и циклических избыточных кодов. Практическая значимость: Описанный в статье метод позволяет качественно быстрее производить вычисление CRC на базе ПЛИС, нежели ранее используемые. Получен способ, позволяющий ускорить расчет циклического избыточного кода для произвольных полиномов при условии фиксированной длины посылки.

Ключевые слова: Помехозащитное кодирование, циклический избыточный код, ПЛИС, кодовое расстояние, разделимые коды

Контакты: blyudov@pgups.ru, volkov@crtc.spb.ru, DeusIlluminatus@yandex.ru, georgiy3pronin@gmail.com

Acceleration of Software CRC Calculation Based on Programmable Logic Integrated Circuits A. A. Blyudov, E. A. Volkov, Yu. V. Ivanov, G. Yu. Pronin
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-179-185

Purpose: To develop a method for increasing the speed of CRC computation for programmable logic integrated circuits (PLICs) that exceeds the speed of the direct computation method by cyclic shift. Methods: Computer simulation has been used for experimental studies. The analytical review method and the theory of noise protection coding have been used for theoretical studies. Results: A CRC calculation method for constant length messages using arbitrary polynomials is proposed and described. Control digit codes with minimum redundancy and cyclic redundant codes have been compared and the results are presented. Practical significance: The method described allows for a qualitatively faster CRC calculation based on FPGAs than those previously used. A method for accelerating the calculation of cyclic redundancy code for arbitrary polynomials has been developed provided that the message length is fixed.

Keywords: Anti-jamming coding, cyclic redundancy code, FPGA, code distance, separable codes

Contacts: blyudov@pgups.ru, volkov@crtc.spb.ru, DeusIlluminatus@yandex.ru, georgiy3pronin@gmail.com

Цель: Определить основные причины несчастных случаев при использовании электросамокатов, оценить зарубежный и отечественный опыт по снижению травматизма, предложить мероприятия по уменьшению опасности для пешеходов и пользователей электросамокатов. Методы: Анализ статистических данных несчастных случаев с пешеходами и пользователями электросамокатов в дорожно-транспортных происшествиях с оценкой характера и тяжести травм. Анализ организационных и технических методов, применяемых в зарубежных странах для снижения опасности травмирования. Практическая значимость: Выполнена оценка существующих методов снижения травматизма при использовании электросамокатов в России и за рубежом, предложены мероприятия, которые позволят снизить опасность травмирования граждан при использовании средств индивидуальной мобильности.

Ключевые слова: Средства индивидуальной мобильности, электросамокаты, травматизм, риск травмирования, дорожно-транспортные происшествия

Контакты: yu.n.kanonin@yandex.ru, ot-ntb@mail.ru

Reducing the Risk of Injury from Electric Scooters Yu. N. Kanonin, O. I. Tikhomirov
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-186-195

Purpose: To determine major causes of accidents from electric scooters, to evaluate foreign and domestic practices in injury prevention, to propose measures to reduce risks for pedestrians and users of electric scooters. Methods: Analysis of statistical data on injuries with pedestrians and E-scooters users in road accidents with an assessment of the nature and severity of injuries. Analysis of administrative and practical methods used in foreign countries to reduce injury risks. Practical significance: An assessment of methods for reducing injuries from electric scooters existing in Russia and other countries has been carried out and measures for preventing injury risks from personal mobility devices have been proposed.

Keywords: Personal mobility devices, electric scooters (E-scooters), injuries, risk of injury, road accidents

Contacts: yu.n.kanonin@yandex.ru, ot-ntb@mail.ru

Цель: Рассмотреть вопрос алгоритма математической модели для оценки и прогнозирования технического состояния городских железобетонных мостовых сооружений на основе критериев оценки технико-эксплуатационных показателей. Исследование необходимости и разработка математической модели прогнозирования технического состояния мостовых сооружений, позволяющего поддерживать надежность и функциональность объектов мостового парка города Ташкента на требуемом уровне. Методы: Метод анализа иерархии дал возможность оптимально выразить данное выражение. Приведенный метод служит инструментом при решении задачи путем подбора наилучшего варианта из нескольких существующих. Данный метод позволяет определить порядки реализации инвестиционных проектов в зависимости от их актуальности. Весовые коэффициенты критериев рассчитывались в Mpriority 1.0. Результаты: В результате исследований выяснилось, что путепровод, расположенный на пересечении улиц Гавхар и Бунедкор в городе Ташкенте, функционирует в неудовлетворительном состоянии. На основании этого было установлено, что срок службы данного сооружения составляет 35–38 лет исходя из параметрических условий функции W(t). Практическая значимость: С каждым годом в городах растет количество дорог и транспортных средств, что приводит к увеличению их загруженности. Определение соответствующих уровней путем оценки и прогнозирования технического состояния железобетонных мостовых сооружений, соответственно, позволило спрогнозировать срок службы и спланировать вид работ до достижения заданного уровня. Таким образом, разработанная с учетом конкретных условий города Ташкента математическая модель оценки и прогнозирования технического состояния действующих железобетонных мостов и путепроводов позволяет поддерживать необходимый уровень надежности и функциональности мостового парка города.

Ключевые слова: Критерии оценки, мосты, метод иерархического анализа, безопасность и комфортность движения, долговечность, грузоподъемность, пропускная способность, ремонтопригодность

Контакты: ulugbekjuve@mail.ru, andbeliy@mail.ru, mamura_9105@bk.ru, irana_skorpion@mail.ru

Mathematical Model and Algorithm for Assessing and Predicting the Technical Condition of Reinforced Concrete Bridge Structures U. Z. Shermukhamedov, A. A. Beliy, M. M. Sobirova, Sh. Sh. Kadirova
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-196-205

Purpose: To consider the issue of developing a mathematical model and algorithm for assessing and predicting the technical condition of urban reinforced concrete bridge structures based on the performance criteria evaluation. The necessity of the mathematical model for forecasting the bridge structure engineering conditio to maintain the reliability and functionality of the Tashkent city bridge facilities at the required level has been investigated. Method: The hierarchy analysis method made it possible to optimally express this formula. The given method serves as a tool for problem solving by selecting the best option from those given. This method allows determining the value-based order of investment projects implementation. Criteria weights have been calculated in MPRIORITY 1.0. Results: The viaduct at the intersection of Gavkhar and Bunyodkor streets in Tashkent has been found to be in an unsatisfactory functioning condition. On this basis, it has been revealed that the service life of this structure is 35–38 years according to the W(t) parametric equation. Practical significance: Increased number of roads and vehicles in cities every year causes increased traffic congestion. Determining the appropriate levels by assessing and predicting the technical condition of reinforced concrete bridge structures made it possible to predict their service life and to plan maintenance works to meet the required level. Thus, the mathematical model for assessing and predicting the technical condition of existing reinforced concrete bridges and viaducts developed specifically for the city of Tashkent allows maintaining the required level of reliability and functionality of the city bridges.

Keywords: Assessment criteria, bridges, hierarchy analysis method, traffic safety and comfort, durability, load capacity, carrying capacity, maintainability

Contacts: ulugbekjuve@mail.ru, andbeliy@mail.ru, mamura_9105@bk.ru, irana_skorpion@mail.ru

Цель: По содержанию части публикаций в открытой печати и Internet, посвященных композиционным материалам, очевидна целесообразность вновь обратиться к базовым принципам их создания, формированию свойств и уйти от их механистического понимания сложных систем как суммы свойств компонентов. В открытой печати достаточно широко представлена информация о композиционных материалах с различными типами волокон и матриц, в том числе на основе бетона. Однако нередко авторы, представляя результаты исследований, к композиционным относят практически все материалы, состоящие из двух или более компонентов. Методы: Оценка состояния предлагаемой информации выполняется на основе анализа информации, представленной в открытой печати и Internet, в том числе ведущих специалистов в области строительных конструкций и композиционных материалов, а также результатов экспериментально-теоретических исследований автора. Результаты: Современный уровень знаний о композиционных материалах можно оценить как весьма значительный. Повсеместно в открытой печати и на страницах Internet появляется информация о конструктивных решениях, выполненных с использованием композиционных материалов, интересных и весьма перспективных, обладающих заданными (требуемыми) свойствами и высокими технико-экономическими показателями. Практическая значимость: В научных изданиях, на страницах Internet нередко нет четкого и корректного представления о композиционных материалах. В статье делается попытка обратить внимание специалистов на необходимость осмысленно проводить исследования конструкций на основе композиционных материалов и привести термины и определения, принятые в профессиональном сообществе, в соответствие с их физическим и техническим смыслом, что позволит получать ожидаемый результат, не теряя времени и средств.

Ключевые слова: Композиционные материалы, заданные свойства, тип волокон, матрица, принципы создания, формирование свойств, многокомпонентные материалы, железобетон, синергетика

Контакты: talant_bar@mail.ru

Use of Concrete-Based Composite Materials in Construction K. V. Talantova
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-206-214

Purpose: On reviewing some of the Internet open publications devoted to composite materials, the author understands a clear need to revisit the basic principles of their development and the formation of properties and to move away from mechanistic understanding of complex system properties as the sum of those of their components. The information on composite materials with different types of fibers and matrices including those based on concrete is widely available in the open publications. However, when presenting the results of research, authors often refer to almost all materials consisting of two or more constituent materials as composite. Methods: The proposed information has been assessed based on the analysis of the Internet open publications, leading experts in the field of construction and composite materials and the author’s experimental and theoretical studies. Results: Composite materials have been widely investigated and applied recently. Innovative design solutions using intriguing and very promising composite materials with specified (required) properties have been researched in a number of open publications and the Internet. Practical significance: In scientific publications and on the Internet pages, there is often no clear and accurate understanding of composite materials. The article attempts to draw experts’ attention to the need for the research on structures based on composite materials and bring the terms and definitions accepted in the professional community into line with their physical and technical meaning, which will allow obtaining the expected results without wasting time and money.

Keywords: Composite materials, specified properties, fiber type, matrix, principles of creation, formation of properties, multicomponent materials, reinforced concrete, synergetic

Contacts: talant_bar@mail.ru

Цель: Оценка технического состояния тоннеля Сухарный, являющегося важным элементом для эксплуатации железной дороги. В данной статье описывается опыт обследования и осуществления поверочных расчетов в соответствии с актуальными требованиями нормативной документации для подземных конструкций транспортных сооружений, находящихся в эксплуатации на участке Лозово-Севастопольской железной дороги полуострова Крым. Методы: Выполнялись работы по обследованию тоннеля Сухарный, в которые входили: обмерные работы, визуальное обследование и инструментальное обследование. Результаты: По результатам обследования были уточнены параметры обделки тоннеля. Затем проводились расчеты обделки с учетом уточненных параметров конструкций. Произведенный комплекс работ позволил сделать важные выводы и рекомендации по техническому состоянию конструкций тоннеля. Практическая значимость: После своего открытия Лозово-Севастопольская железная дорога соединила город Симферополь с центральной частью России и ускорила восстановление Севастополя и Черноморского флота после Крымской войны. В настоящее время участок дороги по прежнему находится в эксплуатации и является важной транспортной артерией, соединяющей город Севастополь с центральной частью России. В текущей геополитической ситуации особенно важно бесперебойное функционирование данной артерии, которое будет затруднительно без должного технического состояния тоннелей, находящихся на этой железной дороге. Поэтому проведенный комплекс обследовательских и расчетных работ, сделанные выводы и рекомендации имеют важное практическое значение.

Ключевые слова: Горные тоннели, Крым, обследование подземных сооружений, инженерные расчеты, сейсмическая активность

Контакты: kavkazskiy_vn@mail.ru, siberian_egl@mail.ru, myxairoxmail@gmail.com

Engineering Survey and Calculations of the Sukharny Tunnel on Lozovo-Sevastopol Railway V. N. Kavkazsky, D. A. Soloviev, R. A. Soloviev
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-215-227

Purpose: To assess the engineering condition of the Sukharny tunnel that is an important element of the operating railway. The paper describes the inspection and verification calculations in accordance with the current regulatory requirements for transport underground structures on Lozovo-Sevastopol railway in the Crimea. Methods: Inspection works were performed on the Sukharny Tunnel including measuring, visual inspection and instrument-aided examination. Results: Based on the results of the survey, the tunnel lining parameters were specified. The lining calculations were then carried out taking into account the specified structural parameters. The range of works performed allowed making important conclusions and recommendations on the technical condition of the tunnel structures. Practical significance: After its opening, the Lozovo-Sevastopol railway connected the city of Simferopol with the central part of Russia, and accelerated the reconstruction of Sevastopol and the Black Sea Fleet after the Crimean War. Currently, the railway is still in operation and it is an important transportation artery connecting the city of Sevastopol with the central part of Russia. In the current geopolitical situation, it is especially important to ensure uninterrupted operation of this artery, which would be difficult without proper technical maintenance of the tunnels on this railway. Therefore, the survey and calculation works conducted, conclusions and recommendations proposed have important practical implications.

Keywords: Mountain tunnels, Crimea, survey of underground structures, engineering calculations, seismic activity

Contacts: kavkazskiy_vn@mail.ru, siberian_egl@mail.ru, myxairoxmail@gmail.com

Цель: Создать методику гидравлического расчета фильтрующих насыпей, учитывающую новые результаты исследований расчета размывающих скоростей фильтрации в каменной наброске на контакте с окружающими грунтами, а также связь между фильтрационными свойствами геотекстильных материалов в мерзлом состоянии и их коэффициентом водоотдачи. Методы: Для определения размывающей скорости на контакте крупного камня с глинистым грунтом предложено использовать формулу ВНИИГ. Для проверки геотекстиля на фильтрующую способность в мерзлом состоянии используются результаты исследований коэффициентов водоотдачи. Результаты: Зависимость для расчета размывающей скорости грунтов на контакте с крупнозернистыми материалами получена именно для фильтрующих сооружений, а не для случая открытых потоков (в актуализированных ВСН 61—89 эти рекомендации остались без изменения), поэтому она дает более обоснованные результаты, детально учитывающие характеристики грунтов и крупнозернистых материалов. Так как фильтрующие насыпи располагаются в деятельном слое грунтов, то целесообразно, чтобы в применяемых в них для разделительных слоев геотекстильных материалах учитывался коэффициент водоотдачи, существенно влияющий на их способность фильтровать, находясь еще в мерзлом состоянии. Практическая значимость: Предложенная методика гидравлического и фильтрационного расчета фильтрующих насыпей позволит более обоснованно проектировать для них защитные мероприятия, исключающие возможность возникновения размывов.

Ключевые слова: Фильтрующие насыпи, гидравлический расчет фильтрующих насыпей, защита от размывов откосов, фильтрационные свойства геотекстилей в мерзлом состоянии, коэффициент водоотдачи

Контакты: shtykov41@mail.ru, pol1nom@yandex.ru, yanko@agrophys.ru

Specifics of Rockfill Dam Hydraulic Calculations in Clay Soils V. I. Shtykov, A. B. Ponomarev, Yu. G. Yanko
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-228-237

Purpose: To develop a rockfill dam hydraulic calculation method based on the latest research on filtration erosion rate in coarse-grained materials at the contact with surrounding soils as well as the dependence of the geotextile filtration properties in the frozen state on its water loss coefficient. Methods: The erosion rate at the contact of coarse-grained materials with clay soils is proposed to be calculated by the formula developed at the Vedeneev All-Russia Institute of Hydraulic Engineering. The geotextile filtration properties in the frozen state have been tested using the water loss coefficient of these materials. Results: The proposed dependence for calculating the erosion rate of soils at the contact with coarse-grained materials has been obtained specifically for filtration facilities. It is not designed for open flows (in the updated VSN 61-89 Construction Norms, these recommendations remained unchanged); therefore, it provides more substantiated results taking into account soils and coarse-grained material properties. Since filtering embankments are built in the soils prone to climate-induced variability, the geotextile material separating layers should be calculated taking into account the water-loss coefficient that significantly affects their ability to filter, especially in their frozen state. Practical significance: The proposed method of hydraulic and filtration calculation of filtering embankments will allow designing more adequate protective measures for eliminating erosion.

Keywords: Filtering embankments, hydraulic calculation of filtering embankments, protection against slope erosion, filtration properties of geotextiles in a frozen state, water-loss coefficient

Contacts: shtykov41@mail.ru, pol1nom@yandex.ru, yanko@agrophys.ru

Цель: Рассмотреть возможность применения композитной арматуры в конструкции забивных свай квадратного сечения. Методы: Произведены аналитические и экспериментальные исследование влияния типа используемой в бетонных забивных сваях арматуры на прочность и жесткость при разгрузке. Результаты: В статье приведены результаты расчетов коэффициентов запаса кратковременной прочности бетонных забивных свай, армированных стеклопластиковой композитной арматурой, при их транспортировке. Установлена сильная зависимость значения максимально допустимой силы от ее ориентации при вдавливании сваи. Представлены результаты опытной забивки свай, армированных композитной арматурой. Практическая значимость: Установлено, что сваи, армированные композитной арматурой, по своим свойствам не отличаются от свай, армированных традиционной металлической арматурой. Определен экономический эффект от замены традиционной металлической арматурой на композитную арматуру, выражающийся в снижении стоимости конечного продукта (сваи).

Ключевые слова: Бетонные забивные сваи, композитная арматура, запас прочности, математическое моделирование, конечно-элементное моделирование, экспериментальные исследования, опытная забивка сваи, экономический эффект

Контакты: benin@pgups.ru, Belyi25@ya.ru, univer006@mail.ru, rchrist@unisinos.br, yuriy-k@yandex.ru

Experimental and Analytical Assessment of Use of Composite Rebars for Reinforcing Driven Piles with Solid Square Cross-Section A. V. Benin, O. Yu. Beliaev, E. R. Bogdanova, R. Christ, Yu. Yu. Kuryatnikov
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-238-251

Purpose: To consider the possibility of using composite rebars in the construction of square-section driven piles. Methods: Analytical and experimental studies have been carried out on how the type of rebars used in concrete driven piles affect strength and rigidity in the process of unloading. Results: The article presents the results of calculations of the short-term strength reserve coefficients of concrete driven piles reinforced with fiberglass composite rebars during their transportation. A strong dependence of the maximum allowable force value on its orientation during pile indentation has been established. The results of experimental driving of piles reinforced with composite rebars are presented. Practical significance: It has been established that piles reinforced with composite rebars do not differ in their properties from those reinforced with traditional metal armature. The economic effect of replacing traditional metal reinforcement with composite rebars reflected in the cost reduction of the final product (piles) has been determined.

Keywords: Concrete driven piles, composite rebars, safety margin, mathematical modelling, finite element modelling, experimental research, experimental pile driving, economic effect

Contacts: benin@pgups.ru, Belyi25@ya.ru, univer006@mail.ru, rchrist@unisinos.br, yuriy-k@yandex.ru

Цель: Исследовать международные практики устойчивого строительства и разработать рекомендации по их интеграции в строительные проекты Казахстана. В условиях усиления экологических вызовов строительная отрасль играет ключевую роль в достижении целей устойчивого развития (ЦУР). Это требует не только адаптации передовых методов и подходов, успешно применяемых в других странах, к местным условиям, но и учета специфических особенностей климатических, экономических и социальных факторов региона. Методы: Исследование основано на анализе научной литературы, международных отчетов и стандартов, посвященных устойчивому строительству. В ходе работы применялись как качественные, так и количественные методы, включая сравнительный анализ международных практик и их последующую оценку на соответствие ЦУР. Особое внимание уделено изучению зеленых рейтинговых систем, инструментов оценки устойчивости и экологически чистых технологий, которые демонстрируют высокий потенциал для применения в Казахстане. Анализ также включал рассмотрение опыта зарубежных ученых в реализации подобных проектов. Результаты: Проведенное исследование позволило выделить ключевые факторы, способствующие успешной интеграции международных практик. К ним относятся снижение потребления природных ресурсов, значительное повышение энергоэффективности, а также улучшение социальных аспектов эксплуатации зданий. В дополнение разработаны рекомендации по совершенствованию правовой и нормативной базы, что создаст условия для ускоренного внедрения устойчивого строительства в Казахстане. Практическая значимость: Предложенные рекомендации могут стать основой для разработки национальных стандартов устойчивого строительства, что поможет улучшить качество проектирования и эксплуатации зданий. Это снизит воздействие на окружающую среду, повысит экономическую эффективность строительных проектов и внесет вклад в достижение ЦУР к 2030 году.

Ключевые слова: Устойчивое строительство, цели устойчивого развития, энергоэффективность, зеленые технологии, ресурсоэффективность, Казахстан

Контакты: dr.awwad@ymail.com, petrenkoalex2000@mail.ru

Sustainable Construction: International Practices and Recommendations for Integration into Kazakhstan Projects Т. Awwad, А. А. Petrenko
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-252-262

Purpose: To study international practices in sustainable construction and to develop recommendations for their integration into construction projects in Kazakhstan. Amid growing environmental challenges, the construction sector plays a pivotal role in achieving the Sustainable Development Goals (SDGs). This requires not only adapting advanced methods and approaches successfully applied in other countries to local conditions but also considering the specific climatic, economic, and social factors of the region. Methods: The research is based on the analysis of scientific literature, international reports, and standards on sustainable construction. Both qualitative and quantitative methods were employed including a comparative analysis of international practices and their subsequent evaluation in terms of SDG compliance. Special attention was paid to green rating systems, sustainability assessment tools, and environmentally friendly technologies, which demonstrate significant potential for implementation in Kazakhstan. The analysis also included examples of successful projects in the countries with similar climatic conditions. Results: The study identified key factors contributing to the successful integration of international practices. These include reducing the consumption of natural resources, significantly improving energy efficiency, as well as enhancing the social aspects of maintenance of buildings. Additionally, recommendations were developed to improve the legal and regulatory framework creating conditions for the accelerated adoption of sustainable construction in Kazakhstan. Practical significance: The proposed recommendations can serve as a basis for developing national standards for sustainable construction, which will help improve the quality of building design and maintenance. This will reduce environmental impact, enhance the economic efficiency of construction projects, and contribute to achieving the SDGs by 2030.

Keywords: Sustainable construction, sustainable development goals, energy efficiency, green technologies, resource efficiency, Kazakhstan

Contacts: dr.awwad@ymail.com, petrenkoalex2000@mail.ru

Цель: Оценка показателей, характеризующих защищенность и уязвимость комплексной системы синхронизации и доставки шкалы времени при организации злоумышленником сетевой разведки с использованием ее инфраструктуры. Методы: Сбор, систематизация и анализ научно-технической информации; методы теории сетей и графов, математического моделирования, теории вероятностей. Результаты: В статье приведены результаты моделирования действий злоумышленника при организации сетевой разведки в сетях связи с использованием оборудования систем частотно-временного обеспечения, для чего построены полумарковская и имитационная модели действий злоумышленника, в которых отражены все этапы противоборства между организованным злоумышленником и системой информационной безопасности. Сформированные полумарковская и имитационные модели позволяют отразить вероятностно-временные характеристики процессов, отражающих противоборство организованного злоумышленника и системы информационной безопасности, произвести оценку указанных характеристик в зависимости от состава, количества и качества ресурсов, которыми располагает злоумышленник и система информационной безопасности. С помощью построенной полумарковской модели проведена верификация сформированной имитационной модели. Практическая значимость: Построенные модели могут быть применены для анализа процесса противоборства систем информационной безопасности и организованных злоумышленников, оценки деятельности злоумышленника и системы информационной безопасности, а также состояния систем частотно-временного обеспечения в зависимости от результатов противоборства. Полученные результаты по итогам моделирования могут быть учтены специалистами систем информационной безопасности при построении, модернизации и проектировании средств защиты систем точного времени и частоты.

Ключевые слова: Телекоммуникационная система, частотно-временное обеспечение, сетевая разведка, полумарковская модель, имитационная модель, атака, злоумышленник

Контакты: onapuh@mail.ru

Modelling Attacker Network Reconnaissance Using the Environment of an Integrated Time Scale Synchronization and Delivery System A. K. Kanaev, E. V. Oparin, E. V. Oparina
DOI: 10.20295/1815-588X-2025-1-263-273

To assess the security and vulnerability techniques for a complex system of time scale synchronization and delivery in case of attacker network reconnaissance in the net environment. Methods: Collection, systematization and analysis of scientific and technical information; methods of network and graph theory, mathematical modelling, and probability theory. Results: This paper presents the results of modelling attacker actions during network reconnaissance in communication networks using time-frequency support systems. A semi-Markov and simulation models of attacker behaviour were built reflecting all phases of the confrontation between an organised attacker and an information security system. The semi-Markov and simulation models make it possible to illustrate probability and time characteristics of processes reflecting the confrontation between an organized attacker and an information security system as well as to evaluate these characteristics depending on the content, quantity and quality of the resources available to the attacker and the information security system. The verification of the generated simulation model was carried out using the constructed semi-Markov model. Practical significance: The constructed models can be used to analyze the process of confrontation between information security systems and organized intruders, to assess attacker activities and those of the information security system, as well as to evaluate the time-frequency support systems judging by the results of the confrontation. The simulation results obtained can be used by information security specialists in building, modernizing, and designing security tools for time and frequency reference systems.

Keywords: Telecommunication system, time-frequency support, network reconnaissance, semi-Markov model, simulation model, attack, attacker

Contacts: onapuh@mail.ru