Проблемы моделирования процессов эффективного функционирования и развития транспортных систем на протяжении многих лет рассматриваются в трудах ученых различных школ и направлений.
На базе этих исследований сформированы многочисленные методы и методики, позволяющие решать широкий круг задач, связанных с развитием и работой транспортных систем. И в частности, распределение перевозок, взаимодействие видов транспорта при мультимодальных перевозках, развитие сети и ее элементов, линейные и нелинейные сетевые транспортные задачи и т.п. вопросы.
При этом следует отметить, что для реализации цели, сформулированной в настоящем исследовании большой интерес представляют работы в области математического моделирования и методов оптимизации транспортных процессов, которые рассматривались в трудах: В.М. Акулиничева [93], В.Я. Негрея [86], Н.В. Правдина [86], А.А. Смехова [94], Г.Г. Иванова [95, 96], С.Я. Луцкого [88, 89], С.П. Першина [90], Э.С. Спиридонова [88], В.Н. Лившица [91, 92, 64], В.И. Арсенова, И.В. Белова [97], В.А. Галабурды [98], Б.А. Волкова [99], А.Д. Шишкова [100], В.Я. Шульги [101, 102], Г.Н. Жинкина [88, 103], С.В. Милославской [104], К.И. Плужникова [104] и многих других.
Особый интерес в рамках настоящего исследования представляют работы посвященные вопросам развития транспортных сетей, которым посвящены труды: В.Н. Лившица [20, 55, 105], И.Т. Козлова [45], В.Л. Станиславюка [106], Н.К. Раздобудько [107], Б.В. Яковлева [108], С.П. Першина [90], В.А. Паршикова [65], Д.Ю. Левина [109], Е.М. Васильевой [110], Б.С. Малышева [58], Е.С. Свинцова [52, 51, 53], Г.П. Кобылковского [111], Ю.Ф. Шишкова [112], Ю.А. Кузнецова [113], М.М. Протодьяконова [114], В.Н. Образцова [115], В.И. Петрова [116], А.Е. Гибшмана [117], А.Д. Каретникова, Ю.И. Колдомасова [118], С.М. Гончарука [119, 7], В.С. Шварцфельда [120, 11], Я.В. Хомяка [121], Е.Н. Нестерова [122], Г.В. Ковшова [123], Б.И. Солодовникова [124, 125], А.В. Гавриленкова [4, 77, 126], Ю.А. Быкова [9, 26], Вл.А. Анисимова [22, 31, 80] и многих других исследователей.
Анализ перечисленных многочисленных исследований показал, что наибольшая их часть посвящена эксплуатационному аспекту работы транспортных систем, учитывающему особенности технологии работы транспорта, перераспределение перевозок между элементами транспортной системы и видами транспорта, моделированию взаимодействия видов транспорта, надежности работы транспортных систем. Недостаточно исследований посвящено комплексному развитию инфраструктуры многовидовой транспортной системы во взаимной увязке с остальными проблемами. Еще меньше работ посвящено работе транспортных узлов с позиций создания средств транспорта, взаимодействия в них различных видов транспорта, с учетом сбалансированного развития их облика и мощности как основных элементов МТУ, входящего в состав МТК и МТС.
Формирование оптимальных (эффективных) стратегий (альтернатив) этапного изменения облика и мощности МТУ на стадии разработки концепции инвестиционного проекта является задачей чрезвычайной важности для обоснования целесообразности участия в нем реципиентов.
Базовой основой для формирования эффективной области стратегий (альтернатив) развития облика и мощности МТУ, является правильное представление его экономико-математической модели. Системное представление МТУ, детально рассмотренное в первом разделе, позволяет отметить целый ряд специфических особенностей объекта исследования и построить расчетную схему узла для решения поставленной задачи.
Как известно и показано в исследованиях [12, 16, 18, 127, 15, 128], размерность задач, решаемых для транспортных систем, очень большая, и поэтому в различных работах предложено производить декомпозицию сложных транспортных систем. Пример такой декомпозиции железнодорожной транспортной системы РСЖД показан на рисунке 4.1.
В контексте понятийного аппарата настоящего исследования, магистральный уровень декомпозиции соответствует понятию мультимодального транспортного звена железная дорога (МТЗЖД), а объектный уровень является составной частью мультимодального транспортного узла (МТУ).
Анализ уровней декомпозиции облика мультимодальной транспортной сети с позиции рассматриваемой проблемы можно интерпретировать следующим образом: максимальный уровень тождественен понятию мультимодальной транспортной сети как элемента ЕТС, а объектный – МТК, МТУ, МТЗ.
| СТРУКТУРА РЕГИОНАЛЬНОЙ СЕТИ |  | | | |
| Очертание РСЖД - месторасположение звеньев и узлов | Технологические взаимосвязи звеньев и узлов на РСЖД | Основные технические параметры звеньев: количество главных путей, тип локомотива, масса поезда, средства связи и СЦБ, тип графика движения поездов | Назначение и длина приемоотправочных путей станций в узлах | Месторасположение участковых и сортировочных станций, участков работы бригад | Технологические взаимосвязи станций и участков работы бригад | Назначение сортировочных участковых станций | Технологические параметры перевозочного процесса: унифицированная длина и вес поезда в груженном и порожнем направлениях, длины участков обращения локомотивов и бригад, длина гарантийного плеча безотказной работы вагонов | Месторасположение станций, разъездов и обгонных пунктов на участках работы бригады | Технические параметры устройств и сооружений (ВСП, ЗП, ИССО, ЭНС, СЦБ), поперегонные времена хода поездов, определяемые параметрами устройств, сооружений и подвижного состава | Параметры стационарных устройств: количество парков, их назначение, число и вместимость путей парков, тип и параметры сортировочных устройств | Расположение парков и сортировочных устройств, облик стрелочных горловин | Технологические графики выполнения операций с поездами |
| Участки | РП |
| Сетевой | Магистральный | Объектный |
| УРОВНИ ДЕКОМПОЗИЦИИ |
| | | | | | | | | | | | | | |
Рис. 4.1. Декомпозиция структуры региональной сети железных дорог (РСЖД) с выходами к портам
По аналогии с таким подходом (рис. 4.1) можно произвести декомпозицию сложной транспортной системы МТС по элементам, составляющим её основу (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Многоуровневый облик МТС
Рассмотрим пример формирования расчетной схемы и декомпозицию задачи для МТУ при участии в его работе, двух видов транспорта: железнодорожного и морского (рис. 4.3).
В работе данной системы принимают участие четыре основных элемента:
1) сортировочная станция (СС) – I элемент;
2) припортовая станция (ПС) – II элемент;
3) терминалы (Ti) – III элемент;
4) железнодорожное звено между припортовой и сортировочной станциями – IV элемент.
При этом, на основе мониторинга технического состояния элементов системы МТУ, можно поставить задачу реконструкции одного, нескольких или всех терминалов для освоения дополнительного грузопотока 
с учетом номенклатуры груза и специализации терминалов.
Специфика работы МТУ позволяет произвести агрегацию в следующем порядке (последовательности), табл. 4.1.
Если между припортовой станцией и причалами (терминалами) есть звенья, обслуживающие все терминалы или совокупность нескольких, их надо выделять в дополнительный отдельный элемент.
Комплекс задач развития исследуемой системы помимо декомпозиции системы на локальные элементы постоянных устройств следует разделить на составные части:
 +  |
 ;  |
| Гп – объем существующих перевозок DГп – ежегодный прирост объема перевозок |
IV  |
Рис. 4.3. Расчетная схема МТУ при взаимодействии двух видов транспорта
1) формирование области эффективных альтернатив изменения облика и мощности МТУ (создание средств транспорта и его инфраструктуры);
2) оптимизация взаимодействия различных видов транспорта в пределах созданных средств транспорта (экономико-эксплуатационный аспект);
Опыт практического применения методов оптимизации грузопотоков при взаимодействии различных видов транспорта в узлах на основе применения экономико-математического моделирования показал, что в результате оптимизации улучшается критерий для всех альтернатив эффективной области, что, в свою очередь, практически не исключает их из базы данных, приемлемых для принятия решений.
В пользу разделения общей задачи на две составные части свидетельствует объем необходимых инвестиций для проведения реконструктивных мероприятий и эксплуатационные расходы для сложившихся объемов работы узла на элементах, не подлежащих модернизации и реконструкции, но влияющих своими доходами на развитие инфраструктуры узла.
Учитывая изложенное, в качестве задачи, решаемой в настоящем исследовании, принята первая часть, связанная с оптимизацией развития облика и мощности МТУ с учетом декомпозиции, показанной в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Вариант агрегирования системы МТУ,
