mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2024-22-4-10mirtr-2758Research ArticleУПРАВЛЕНИЕ И ЭКОНОМИКАMANAGEMENT, CONTROL AND ECONOMICSВлияние составности поездов на характер воздействия факторов, влияющих на энергопотреблениеThe Influence of Train Composition on the Nature of the Impact of Factors Affecting Energy Consumptionhttps://orcid.org/0009-0001-3232-286XВитовскаяВ. В.VitovskayaV. V.

Витовская Виктория Витальевна – аспирантка кафедры теоретической электротехники.

Омск

Web of Science Researcher ID HSH-1681-2023; РИНЦ Author ID 1191684

Victoria V. Vitovskaya - Ph.D. Student at the Department of Theoretical Electrical Engineering, Omsk State Transport University.

Omsk

Web of Science Researcher ID HSH-1681–2023; Russian Science Citation Index Author ID 1191684

vitovskaya.99@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8842-2800ДавыдовА. И.DavydovA. I.

Давыдов Алексей Игоревич – кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и компьютерной графики.

Омск

Web of Science Researcher ID E-1446-2019; РИНЦ Author ID 653459

Alexey I. Davydov - Ph.D. (Eng), Associate Professor at the Department of Computer Science and Computer Graphics, Omsk State Transport University.

Omsk

Web of Science Researcher ID E-1446–2019; Russian Science Citation Index Author ID 653459

davydovai@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1960-3018КомяковА. А.KomyakovA. A.

Комяков Александр Анатольевич – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры теоретической электротехники.

Омск

Web of Science Researcher ID N-8824-2016; РИНЦ Author ID 514132

Alexander A. Komyakov - D.Sc. (Eng), Associate Professor, Professor at the Department of Theoretical Electrical Engineering, Omsk State Transport University.

Omsk

Web of Science Researcher ID N-8824–2016; Russian Science Citation Index Author ID 514132

tskom@mail.ruОмский государственный университет путей сообщенияРоссияOmsk State Transport UniversityRussian Federation2024211220252247683Copyright © Витовская В.В., Давыдов А.И., Комяков А.А., 20252025Витовская В.В., Давыдов А.И., Комяков А.А.Vitovskaya V.V., Davydov A.I., Komyakov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2758

В настоящее время разработка технических и пооперационных норм удельного расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов, эксплуатируемых на железных дорогах Российской Федерации и стран СНГ, ведется методами, разработанными еще в 60-е гг. ХХ века. Использование при расчете норм современных методов интеллектуального анализа данных предполагает предварительное исследование и выбор факторов, оказывающих значительное влияние на величину расхода топливно-энергетических ресурсов.

Настоящее исследование направлено на выявление различий в характере воздействия показателей использования локомотивов, таких как участковая и техническая скорость, масса состава, нагрузка на ось, на величину удельного расхода электроэнергии на тягу поездов для различных типов железнодорожного грузового подвижного состава. Особое внимание в статье уделяется определению характера влияния факторов на удельный расход электроэнергии контейнерных поездов.

В работе нашли применение метод статистической обработки данных Стьюдента, используемый для определения однородности исследуемых выборок, и метод корреляционного анализа Пирсона в части определения коэффициентов корреляции между удельным расходом электроэнергии на тягу поездов и факторами, предположительно влияющими на величину этого расхода. Регрессионные модели, описывающие зависимость удельного расхода электроэнергии на тягу поездов от рассматриваемых влияющих факторов, построены с использованием метода множественной линейной регрессии.

Статья содержит результаты проверки однородности исследуемых выборок удельного расхода электроэнергии в виде значений t-критерия Стьюдента, диаграммы рассеяния величины удельного расхода электроэнергии в зависимости от величины влияющих факторов, описание величин рассчитанных коэффициентов корреляции для каждой исследуемой группы грузовых поездов. Уделяется внимание возможным причинам различия в характере и степени воздействия факторов для разных типов грузового подвижного состава.

Проведенное исследование аргументирует необходимость разработки методики нормирования расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов, позволяющей учесть влияние составности поездов с использованием современных методов анализа данных.

Currently, the development of technical standards and functional operating standards of specific fuel and power consumption for railway traction on the railways of the Russian Federation and the CIS countries is carried out using methods developed back in the 60s of 20th century. The use of modern methods of data mining in calculating standards involves a preliminary study and selection of factors that have a significant impact on the amount of fuel and energy resource consumption.

The study is aimed at identifying differences in the nature of the impact of locomotive’s operation indicators, such as sectional and technical speed, train weight, axle load, on the amount of specific energy consumption for railway traction for various types of railway cargo rolling stock. Particular attention in the article is paid to determining the nature of the influence of factors on the specific energy consumption of container trains.

The work uses the Student’s t-test statistical data processing method used to determine the homogeneity of the studied samples, and the Pearson correlation analysis method for determining the coefficients of correlation between the specific energy consumption for railway traction and the factors that presumably affect the value of this consumption. The multiple linear regression method is used to build regression models describing the dependence of the specific energy consumption for train traction on the influencing factors under consideration.

The article contains the results of checking the homogeneity of the studied samples of specific energy consumption in the form of Student’s t-test values, scatter diagrams of the specific energy consumption depending on the value of the influencing factors, a description of the values of the calculated correlation coefficients for each studied group of cargo trains. The study also focuses on possible reasons entailing difference in the nature and degree of influence of factors for different types of cargo rolling stock.

The study argues for the need to develop a methodology for standard setting regarding consumption of fuel and energy resources for train traction, which allows considering the influence of train composition using modern data analysis methods.

железнодорожный транспортанализ энергопотреблениянормирование энергопотреблениясоставность поездовкорреляционный анализконтейнерные поездаrailway transportenergy consumption analysisenergy consumption standardisationtrain compositioncorrelation analysiscontainer trainsИсследование выполнено в рамках государственного задания № 109–00004–24–02 (научная тема EKTY-2023–0003) по теме «Разработка концептуальной модели системы поддержки принятия решений в области анализа и прогнозирования расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов».The study has been performed as part of the governmental assignment No. 109-00004-24-02 (research topic EKTY-2023–0003) for «Development of concept model of decision-making support system in the field of train traction fuel and power consumption analysis and forecast».ReferencesRen Junhua, Zhang Qing, Liu Feng. Analysis of factors affecting traction energy consumption of electric multiple unit trains based on data mining. Journal of Cleaner Production, 2020, Vol. 262, 121374. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121374.Ren Junhua, Zhang Qing, Liu Feng. Analysis of factors affecting traction energy consumption of electric multiple unit trains based on data mining. Journal of Cleaner Production, 2020, Vol. 262, 121374. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121374.Fischer, S. Traction energy consumption of electric locomotives and electric multiple units at speed restrictions. Acta Techica Jaurinensis, 2015, Vol. 8, Iss. 3, pp. 240–256, DOI: https://doi.org/10.14513/actatechjaur.v8.n3.3.Fischer, S. Traction energy consumption of electric locomotives and electric multiple units at speed restrictions. Acta Tech. Jaurinensis, 2015, Vol. 8, Iss. 3, pp. 240–256. DOI: https://doi.org/10.14513/actatechjaur.v8.n3.3.Kampczyk, A., Gamon, W., Gawlak, K. Integration of Traction Electricity Consumption Determinants with Route Geometry and Vehicle Characteristics. Energies, 2023, Vol. 16, 2689. DOI: https://doi.org/10.3390/en16062689.Kampczyk, A., Gamon, W., Gawlak, K. Integration of Traction Electricity Consumption Determinants with Route Geometry and Vehicle Characteristics. Energies, 2023, Vol. 16, 2689. DOI: https://doi.org/10.3390/en16062689.Pan Deng, Chen Zejun, Mei Meng. Energy efficiency emergence of high-speed train operation and systematic solutions for energy efficiency improvement. SN Applied Sciences, 2020, Vol. 2, article number 875. DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-020-2692-5.Pan Deng, Chen Zejun, Mei Meng. Energy efficiency emergence of high-speed train operation and systematic solutions for energy efficiency improvement. SN Applied Sciences, 2020, Vol. 2, article number 875. DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-020-2692-5.Lukaszewicz, P. Running resistance–results and analysis of full-scale tests with passenger and freight trains in Sweden. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2007, Vol. 221, Iss. 2, pp. 183–193. DOI: 10.1243/0954409JRRT89.Lukaszewicz, P. Running resistance–results and analysis of full-scale tests with passenger and freight trains in Sweden. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2007, Vol. 221, Iss. 2, pp. 183–193. DOI: 10.1243/0954409JRRT89.Рожков А. В., Суюнбаев Ш. М., Салфетников В. В., Балабаев О. Т., Нартов М. А. Определение дополнительного сопротивления движению поезда от элементов профиля железнодорожных подъездных путей промышленных предприятий // Труды университета. – 2022. – № 2 (87). – С. 211–216. DOI: 10.52209/1609-1825_2022_2_211.Rozhkov, A., Suyunbaev, Sh., Salfetnikov, V., Balabaev, O., Nartov, M. Determination ofAdditional Resistance to Train Movement from Profile Elements of Railway Sidings of Industrial Facilities. Trudy universiteta, 2022, Iss. 2 (87), pp. 211–216. DOI: 10.52209/1609-1825_2022_2_211.Boschetti, G., Mariscotti, A. The Parameters of Motion Mechanical Equations as a Source of Uncertainty for Traction Systems Simulation. XX IMEKO World Congress, 2012, Busan, South Korea. [Электронный ресурс]: https://www.researchgate.net/publication/265843501_The_parameters_of_motion_mechanical_equations_as_a_source_of_uncertainty_for_traction_systems_simulation. Доступ 19.01.2024.Boschetti, G., Mariscotti, A. The Parameters of Motion Mechanical Equations as a Source of Uncertainty for Traction Systems Simulation. XX IMEKO World Congress, 2012, Busan, South Korea. [Electronic resource]: https://www.researchgate.net/publication/265843501_The_parameters_of_motion_mechanical_equations_as_a_source_of_uncertainty_for_traction_systems_simulation. Last accessed 19.01.2024.Rochard, B., Schmid, F. A review of methods to measure and calculate train resistances. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2000, Vol. 214, Iss. 4, pp. 185–199. DOI: 10.1243/0954409001531306.Rochard, B., Schmid, F. A review of methods to measure and calculate train resistances. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2000, Vol. 214, Iss. 4, pp. 185–199. DOI: 10.1243/0954409001531306.Сидорова Н. Н. Определение энергозатрат на неплановые остановки // Мир транспорта. – 2013. – Т. 11. – № 4 (48). – С. 48–51. EDN: PZREOZ.Sidorova, N. N. Evaluation of Power Inputs Caused by Unscheduled Stops. World of Transport and Transportation, 2013, Vol. 11, Iss. 4 (48), pp. 48–51. EDN: PZREOZ.Черемисин В. Т., Незевак В. Л., Саркенов С. С. Влияние тяговой нагрузки на электропотребление в системе тягового электроснабжения на участках с горным профилем пути // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2019. – № 1 (73). – С. 112–118. EDN: ZBKLKP.Cheremisin, V. T., Nezevak, V. L., Sarkenov, S. S. Influence of traction load on power consumption in the traction power supply system on sections with a mountainous track profile [Vliyanie tyagovoi nagruzki na elektropotreblenie v sisteme tyagovogo elektrosnabzheniya na uchastkakh s gornym profilem puti]. Bulletin of Rostov State Transport University, 2019, Iss. 1 (73), pp. 112–118. EDN: ZBKLKP.Медлин Р. Я., Сидорова Е. А. Нормирование расхода энергоресурсов // Электрическая и тепловозная тяга. – 1989. – № 2. – С. 4.Medlin, R. Ya., Sidorova, E. A. Standardization of energy resource consumption [Normirovanie raskhoda energoresursov]. Elektricheskaya i teplovoznaya tyaga, 1989, Iss. 2, P. 4.Бакланов А. А., Доманов К. И., Есин Н. В. [и др.] Классификация факторов, влияющих на расход электроэнергии электроподвижным составом // Инновационный транспорт. – 2020. – № 4 (38). – С. 61–66. DOI: 10.20291/2311-164X-2020-4-61-66.Baklanov, A. A., Domanov, K. I., Esin, N. V. [et al]. Classification of factors affecting the power consumption of electric rolling stock. Innovative transport, 2020, Iss. 4 (38), pp. 61–66. DOI: 10.20291/2311-164X-2020-4-61-66.Шкурин К. М. Исследование влияния массы грузовых поездов на их участковую скорость // Вестник Белорусского государственного университета транспорта: наука и транспорт. – 2018. – № 1 (36). – С. 70–72. EDN: YWIHYD.Shkurin, K. M. Study of the influence of the mass of cargo trains on their section speed [Issledovanie vliyaniya massy gruzovykh poezdov na ikh uchastkovuyu skorost]. Bulletin of Belarusian State University of Transport: Science and Transport, 2018, Iss. 1 (36), pp. 70–72. EDN: YWIHYD.Исаев И. П., Сидорова Н. Н., Феоктистов В. П. Нормирование расхода энергии в грузовом движении на основе статистических методов // Железнодорожный транспорт. Серия: Локомотивы и локомотивное хозяйство. – 1988. – Вып. 5. – С. 1–15.Isaev, I. P., Sidorova, N. N., Feoktistov, V. P. Standardization of energy consumption in cargo traffic based on statistical methods [Normirovanie raskhoda energii v gruzovom dvizhenii na osnove statisticheskikh metodov]. Railway transport. Series: Locomotives and locomotive fleet, 1988, Iss. 5, pp. 1–15.Сидорова Н. Н. Анализ энергоемкости перевозочного процесса в электрической тяге на основе многофакторной модели. // Вестник МИИТ. Научно-технический журнал. – 2000. – Вып. 5. – С. 23–27.Sidorova, N. N. Analysis of energy intensity of the transportation process in electric traction based on a multifactor model [Analiz energoemkosti perevozochnogo protsessa v elektricheskoi tyage na osnove mnogofaktornoi modeli]. Bulletin of MIIT. Scientific and technical journal, 2000, Iss. 5, pp. 23–27.Гмурман В. Теория вероятностей и математическая статистика. – М.: Высшая школа, 1977. – 429 с.Gmurman, V. Probability Theory and Mathematical Statistics [Teoriya veroyatnostei i matematicheskaya statistika]. Moscow, Vysshaya shkola publ., 1977, 429 p.Орлов А. И. Проверка статистической гипотезы однородности математических ожиданий двух независимых выборок: критерий Крамера-Уэлча вместо критерия Стьюдента // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2015. – № 110 (06). – С. 197–218. [Электронный ресурс]: https://orlovs.pp.ru/work/901–1000/954%20Критерий%20Крамера-Уэлча.pdf. Доступ 19.01.2024.Orlov, A. I. Testing the statistical hypothesis of homogeneity of mathematical expectations of two independent samples: the Cramer-Welch criterion instead of the Student’s criterion [Proverka statisticheskoi gipotezy odnorodnosti matematicheskikh ozhidanii dvukh nezavisimykh vyborok: kriteii Kramera-Uelcha vmesto kriteriya Studenta]. Polythematic online electronic scientific journal of Kuban State Agrarian University, 2015, Iss. 110 (06), pp. 197–218. [Electronic resource]: https://orlovs.pp.ru/work/901–1000/954%20Критерий%20Крамера-Уэлча.pdf. Last accessed 19.01.2024.Большев Л. Н., Смирнов Н. В. Таблицы математической статистики. – М.: Наука, 1965. – 464 с.Bolshev, L. N., Smirnov, N. V. Tables of mathematical statistics [Tablitsy matematicheskoi statistiki]. Moscow, Nauka publ., 1965, 464 p.Бакланов А. А. Влияние скорости движения на энергозатраты грузовых поездов // Известия Транссиба. – 2018. – № 1 (33). – С. 2–12. EDN: XQXUWT.Baklanov, A. A. The influence of travel speed on energy consumption of cargo trains [Vliyanie skorosti dvizheniya na energozatraty gruzovykh poezdov]. Izvestiya Transsiba, 2018, Iss. 1 (33), pp. 2–12. EDN: XQXUWT.Вильгельм А. С., Иванченко В. И., Комяков А. А., Штраухман А. А. Определение оптимальных значений эксплуатационных показателей электроподвижного состава по критерию энергоэффективности // Известия Транссиба. – 2021. – № 4 (48). – С. 85–96. [Электронный ресурс]: http://izvestia-transsiba.ru/images/journal_pdf/2021–4(48).pdf [полный текст выпуска]. Доступ 19.01.2024.Wilhelm, A. S., Ivanchenko, V. I., Komyakov, A. A., Shtraukhman, A. A. Determining optimal values of operational indicators of electric rolling stock according to the energy efficiency criterion [Opredelenie optimalnykh znachenii ekspluatatsionnykh pokazatelei elektropodvizhnogo sostava po kriteriyu energoeffektivnosti]. Izvestiya Transsiba, 2021, Iss. 4 (48), pp. 85–96. [Electronic resource]: http://izvestia-transsiba.ru/images/journal_pdf/2021–4(48).pdf [full text of the issue]. Last accessed 19.01.2024.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.