Modelling of ship and wagon flows using the Poisson method

UDC 656.615519.2
Publication date: 30.06.2026
International Journal of Professional Science №6(2)-26

Modelling of ship and wagon flows using the Poisson method

Моделирование потоков судов и вагонов методом Пуассона

Makhova Natalia Borisovna,
Grunina Alena Vladimirovna,
Krasnoperova Ulyana Pavlovna
1. PhD, Associate Professor of the Department of Higher Mathematics,
Russian University of Transport, Russia, Moscow
2. Student, Russian University of Transport, Russia, Moscow
3. Student, Russian University of Transport, Russia, Moscow

Махова Наталья Борисовна,
Грунина Алена Владимировна,
Красноперова Ульяна Павловна
1. к.т.н., доцент кафедры “Высшая математика, Российский университет транспорта, Россия, г. Москва
2. студент, Российский университет транспорта, Россия, г. Москва
3. студент, Российский университет транспорта, Россия, г. Москва
Аннотация: В статье рассматривается вероятностный подход к моделированию транспортных потоков в морском порту. Целью исследования является разработка методики количественной оценки доли груза, перегружаемого по прямому варианту (судно–вагон), на основе пуассоновского характера входных потоков. Выведены аналитические выражения для расчёта вероятности одновременного наличия судов и вагонов у причала, а также доли прямой перевалки. Приведены численные примеры, демонстрирующие практическую применимость модели. Выполнен анализ чувствительности параметров и даны рекомендации по синхронизации интенсивностей потоков для оптимизации складских издержек. Предложенная методика позволяет минимизировать простои транспорта и повысить оборачиваемость портовых мощностей.

Abstract: The article discusses a probabilistic approach to modelling traffic flows in a seaport. The aim of the study is to develop a methodology for quantifying the share of cargo transshipped via the direct option (ship–wagon) based on the Poisson nature of input flows. Analytical expressions are derived for calculating the probability of the simultaneous presence of ships and wagons at the berth, as well as the share of direct transshipment. Numerical examples demonstrating the practical applicability of the model are given. A sensitivity analysis of parameters is performed, and recommendations for synchronising flow intensities to optimise warehouse costs are provided. The proposed methodology minimises transport downtime and increases the turnover of port facilities
Ключевые слова: порт, прямой вариант перевалки, закон Пуассона, транспортный поток, моделирование, грузопереработка, судно, вагон

Keywords: port, direct transshipment, Poisson distribution, traffic flow, modelling, cargo handling, ship, wagon


В современных транспортно-логистических комплексах ключевым фактором эффективности является синхронизация работы водного (суда) и наземного (железнодорожные вагоны, автомобили) транспорта. Простой одного из видов транспорта в ожидании другого приводит к значительным экономическим потерям: простой судна в порту может достигать 30 % от общего времени оборота, а простой вагонов — до 25 % от времени доставки груза.

Особый интерес представляет прямой вариант перевалки — перегрузка груза непосредственно с судна на вагон, минуя склад. Однако логистические системы, такие как порты и железнодорожные узлы, работают в условиях высокой неопределённости. В силу сложности процессов движения не всегда возможно с точностью до минуты указать, когда придёт судно или состав, но, как правило, известна средняя интенсивность движения.

Метод Пуассона можно применять для систем, где события происходят независимо и случайно во времени. Логистические системы, такие как железнодорожные узлы и порты, работают в условиях неопределённости. Поэтому одной из главных задач инженера-проектировщика является определение пропускной способности транспортного узла. Чтобы понять, насколько логистический терминал справится с нагрузкой, необходимо использовать математические модели, способные описать случайный характер прибытия транспорта.

В морской логистике метод Пуассона используется для проектирования причального фронта, например, в случае, когда причалов меньше, чем ожидаемое количество прибывающих судов. Для железнодорожного транспорта специфика применения закона Пуассона заключается в возможности случайных задержек поездов в пути. Например, рассматривается задача прибытия на станцию большего числа вагонов, чем она может переработать.

Таким образом, метод Пуассона является своего рода мостиком между массой случайных прибытий и строгим планированием ресурсов, фундаментом для расчёта пропускной способности любого транспортного узла.

Целью данной работы является разработка методики количественной оценки доли груза, перегружаемого по прямому варианту, на основе пуассоновского характера входных потоков судов и вагонов.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

— обоснование применимости закона Пуассона к транспортным потокам в порту;

— вывод аналитических выражений для расчёта вероятностей наличия судов и вагонов;

— расчёт доли прямой перевалки и объёмов грузопереработки;

— апробация методики на численных примерах;

— формулировка практических рекомендаций.

 

Читать далее…

References

1. Вентцель Е. С. Теория вероятностей : учебник для вузов / Е. С. Вентцель. — 10-е изд., стер. — Москва : Высшая школа, 2006. — 575 с.
2. Гмурман В. Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике : учебное пособие / В. Е. Гмурман. — 11-е изд., перераб. — Москва : Высшее образование, 2008. — 404 с.
3. Гасников А. В. Введение в математическое моделирование транспортных потоков : учебное пособие / А. В. Гасников [и др.] ; под ред. А. В. Гасникова. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : МЦНМО, 2013. — 340 с.
4. Кузнецов Е. С. Управление транспортными потоками : учебник / Е. С. Кузнецов. — Москва : Транспорт, 2015. — 320 с.
5. Методические указания к лабораторным работам «Измерение и расчёт параметров транспортных потоков» / СибАДИ. — Омск, 2019. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/149542 (дата обращения: 22.04.2026).
6. Hess M., Kos S., Hess S. Queuing System in Optimization Function of The Port's Bulk Unloading Terminal // Pomorstvo : Scientific Journal of Maritime Research. — 2007. — Vol. 19, No. 2. — P. 89–102.
7. Heitmeyer R. Ship-Track Models Based on Poisson-Distributed Port-Departure Times : Report / Defense Technical Information Center (DTIC). — 2006. — ADA443672. — Режим доступа: https://archive.org/details/DTIC_ADA443672 (дата обращения: 22.04.2026).