Жатканбаева Э.А. – к.т.н.

г Алматы, Республика Казахстан

 

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕЕЗДОВ

 

Анализ мирового опыта по созданию системы поддержки принятия решений СППР в раз­личных областях человеческой деятельности, в том числе и на транспорте позволили разработать методологические основы, принципы построения и структуру системы адаптируемой к широкому классу задач по обеспечению безопасности Глубокое изучение состояния проблемы аварийно­сти на железнодорожных переездах [1,2] и способов её решения дало воз­можность адаптировать разработанную СППР к задачам по обеспечению безо­пасности на переездах и разработать методологию решения [3] каждой из возлагаемых на систему задач Достоинством разработанной СППР является построение ее по модульному принципу с открытой архитектурой, обеспечивающей возможность изменения конфигурации системы.

Архитектура СППР, реализующая предложенную автором методологию построения и функционирования системы, представлена на рис. 1. Основу СППР составляют: моделирующий, решающий, информационный и управляющий модули, а также модуль организации диалога и ввода в систему информации о расположенных в пределах дороги переездах. Для связи между модулями используется информационно - управляющая системная шина, обеспечивающая передачу управляющих сигналов и информации, требуемой для решения по­ставленных перед системой задач.

Моделирующий модуль включает в себя блок математических имитацион­ных моделей, предназначенных для решения возлагаемых на систему задач, таких как: расчет вероятности возникновения аварии на любом железнодорожном переезде; определение требуемого для реконструкции рассматриваемого переезда объема капиталовложений; графическое построение из типовых элементов и отображение пользователю схемы железнодорожного переезда; имитация функционирования переезда при различных условиях и размерах движения поездов и автотранспорта, и т. д.

Искомая вероятность оценивается для одного или группы переездов, формируемой системой по наименованию или указанным пользователем параметрам.

Требуемый объем капиталовложений на реализацию рассматриваемого варианта реконструкции переезда оценивается в условных единицах и определяется на основании хранящейся в базе данных информации о стоимости устройств и систем переездной автоматики, а также калькуляции на производство различных строительных и монтажных работ по оборудованию переезда.

Электронный паспорт переезда формируется системой по запросу ЛПР на основе, хранящейся в базе данных СППР информации о характеристиках и индивидуальных особенностях каждого из расположенных на дороге переездов

Модуль графического построения схемы железнодорожного переезда обеспечивает формирование на дисплее схематического изображения выбранного переезда, осуществляемое на основании расшифровки хранящейся в базе данных о переездах соответствующей кодовой комбинации. В кодовой комбинации зашифрована информация о типе и расположении на схематическом плане каждого элемента железнодорожного переезда. Предложенное техническое решение позволяет использовать для построения схематического изображения любого переезда всего 12 стандартных типовых элементов, что значительно сокращает объем памяти, используемой СППР для хранения и воспроизведения конфигурации всех, расположенных в переделах дороги переездов.

Включенная в состав моделирующего модуля СППР имитационная модель переезда позволяет проанализировать функционирование устройств переездной автоматики при различных условиях и размерах движения поездов и ав­тотранспорта. Наличие данной модели также обеспечивает рациональный выбор времени извещения и длины участка приближения к переезду, дает возможность оценить время простоя автотранспорта в ожидании открытия переезда, позволяет проанализировать возможные причины возникновения аварий.

         Решающий модуль обеспечивает формирование предлагаемых СППР ва­риантов решения оптимизационных задач и задач, решаемых с использованием лингвистических переменных и системы нечёткого вывода. Выделение в составе СППР данного модуля продиктовано особой значимостью возлагаемых на него задач для формирования обоснованного решения и сертификации переездов по условиям обеспечения безопасности.

Под оптимизационными задачами в рассматриваемой СППР понимается оптимальный по экономическим соображениям и условиям безопасности выбор: типа устанавливаемых на каждом переезде ограждающих устройств, очередности оборудования переезда данными устройствами, вида и этапности проведения различных мероприятий по изменению характеристик и индивидуальных особенностей железнодорожного переезда. Целью оптимизации является поиск одного из множества вариантов реконструкции и оборудования рассматриваемой группы переездов ограждающими устройствами. В зависимости от решаемой задачи, предлагаемый пользователю вариант должен обеспечивать: максимально возможный при выделяемом объеме капиталовложений уровень безопасности или заданный пользователем СППР уровень безопасности при минимально возможных экономических затратах.

Выполняемая в решающем модуле обработка нечетких лингвистических переменных позволяет скорректировать рассчитанное для каждого переезда значение уровня безопасности, оцениваемое вероятностью возникновения аварий в среднестатистическом часовом интервале. Корректировка осуществляется путем обработки, хранящейся в памяти СППР информации об авариях, уже имевших место на рассматриваемом и близких к нему по характеристикам же­лезнодорожных переездах. Формирование однородных по характеристикам групп переездов и определение степени принадлежности любого из переездов каждой группе также осуществляется в решающем модуле системы с использо­ванием методики Fuzzy logic.

Кроме решения указанных выше задач, данный модуль позволяет реали­зовать предложенный автором способ сертификации переездов по уровню безопасности, а также по-новому подойти к классификации переездов в зави­симости от размеров движения поездов и автотранспорта. Еще одной функцией решающего модуля является анализ предлагаемых системой и человеком вариантов решения каждой рассматриваемой задачи. После получения от системы рекомендуемого к использованию варианта, ЛПР предоставляется возможность либо согласиться с предлагаемым СППР вариантом, либо изменить его по своему усмотрению, предварительно оценив с помощью системы обоснованность принимаемого решения.

Информационно-интеллектуальный модуль СППР содержит необходи­мые для функционирования системы базы данных, а также базу знаний, предназначенную для хранения основанных на опыте специалистов и используемых в процессе принятия решения алгоритмов. Для хранения данных в системе образовано несколько баз, сформированных с учетом вида предоставляемой пользователю информации. Основными из используемых баз данных являются:

- база, содержащая информацию о расположенных в пределах дороги отделениях, дистанциях пути, дистанциях сигнализации и связи;

- база, содержащая информацию о расположенных в пределах каждой дис­танции железнодорожных переездах;

- база данных о характеристиках и индивидуальных особенностях каждого из расположенных на дороге переездов;

- база, содержащая информацию о распределении во времени транспортных потоков по видам автотранспорта и группам железнодорожных переездов;

- база данных о технико-эксплуатационных характеристиках автотранспорта и обращающегося в пределах дороги подвижного состава;

- база данных о  ясе и метеоусловиях региона;

- база данных, содержащая информацию об уже совершенных авариях и имевших место, зарегистрированных аварийных ситуациях;

- база, содержащая информацию о стоимости устанавливаемых на переезде технических устройств, а также стоимости строительно-монтажных работ по оборудованию данными устройствами железнодорожного переезда;

- дополнительная информационная база.

Данные о характеристиках и индивидуальных особенностях переезда со­держат необходимую для принятия решения информацию. На основе этой ин­формации осуществляется: паспортизация, классификация и сертификация пе­реездов; моделирование функционирования переезда при различных условиях и размерах движения поездов и автотранспорта; решение возлагаемых на систему оптимизационных задач; выдача рекомендаций по реконструкции рассматри­ваемой группы железнодорожных переездов и т.д.

База данных транспортных потоков содержит полученную для различных групп переездов и видов автотранспорта информацию об изменении интенсив­ности движения по часовым интервалам. При формировании базы предусмат­ривается задание распределений по каждому виду автотранспорта для переез­дов, расположенных на шоссе, в городской и сельской местности. В качестве видов автотранспорта рассматриваются: обычные транспортные средства, большегрузные и длиннобазные автомобили, автобусы. 


Рисунок 1 Функциональная схема системы поддержки принятия решений в задачах обеспечения безопасности на железнодорожных переездах

База данных о технико-эксплуатационных характеристиках автотранс­порта и подвижного состава содержит информацию о длине, массе и тормозных коэффициентах различных категорий автотранспортных средств, определенных при различных типах и состояниях покрытия автодороги. В рассматриваемой базе также хранится информация о типе, массе, длине, скорости движения и специальным образом формализованных тяговых и тормозных характеристиках обращающегося на участке подвижного состава.

В базе данных о климатическом поясе и метеоусловиях записана инфор­мация о характерном для данного региона распределении по времени года продолжительности светового дня, среднем для каждого месяца количестве дней с дождем, туманом и снегопадом, а также среднемесячных температурах.

В базе данных об уже совершенных авариях и имевших место зарегистрированных аварийных ситуациях записана информация о времени, месте и причине каждой аварии, марке и номере попавшего в аварию автотранспорта, данные о количестве пострадавших и погибших в результате аварии людей, сведения о принявшем участие в аварии подвижном составе и т.д.

Хранящаяся в базе информация о стоимости устанавливаемых на переезде технических устройств, а также стоимости строительных и монтажных работ по оборудованию переездов данными устройствами используется при расчете объема капиталовложений, необходимых для реализации каждого варианта реконструкции рассматриваемой группы железнодорожных переездов.

Дополнительная информационная база применяется для хранения непосредственно не участвующей при решении возлагаемых на СППР задач, но необходимой пользователю информации. Примером такой информации могут служить: используемые в качестве напоминания пользователю СППР сведения, содержащиеся в различных нормативных актах, указаниях и инструкции по эксплуатации железнодорожных переездов; данные о проводимых на дороге организационно-профилактических мероприятиях; сведения об имеющем место передовом опыте в решении задачи обеспечения безопасности и т.д.

Входящая в состав информационного модуля база знаний обеспечивает систематизацию и хранение в формализованном виде алгоритмов поиска обоснованного решения каждой, стоящей перед СППР задачи. Связь базы знаний с другими функциональными элементами системы осуществляется посредством специального модуля формализации и приобретения знаний. Наличие данного модуля обеспечивает возможность дальнейшего развития системы путем совершенствования программ, позволяющих постепенно накапливать, формализовать и использовать при решении задач новые знания. В процессе функционирования системы, хранящиеся в базе знаний алгоритмы в формализованном виде поступают в моделирующий и решающий модули. Дополненные соответствующими алгоритмами укрупненные математические модели в дальнейшем используются СППР при проведении исследований по проверке обоснованности каждого принимаемого решения, С использованием БЗ осуществляется анализ и обоснование предлагаемых системой решений.

Управляющий модуль СППР обеспечивает функционирование системы в соответствии с алгоритмом решения поставленной пользователем задачи. Идентификация задачи производится на основании вводимых в систему указаний, преобразуемых рассматриваемым модулем в используемую СППР после­довательность управляющих сигналов. После идентификации задачи модуль подразделяет ее на ряд подзадач и определяет порядок их решения. В процессе решения каждой из подзадач осуществляется активизация необходимых функциональных элементов системы и математических моделей, а также управление соответствующими информационными и интеллектуальными базами.

Модуль организации диалога обеспечивает ЛПР работу с СППР в диалоговом режиме. Наличие данного модуля значительного упрощает работу с системой, предоставляя пользователю удобный для общений интерфейс. Выбранный подход к построению интерфейса обеспечивает простую настройку СППР на требуемый вариант решаемой задачи, что достигается посредством ввода в систему соответствующих указаний и запрашиваемых данных. Настройка системы обеспечивает ЛПР возможность планирования и проведения эксперимента с использованием включенных в состав СППР математических моделей. Для каждого эксперимента указывается тип решаемой задачи, уточняются используемые при анализе оптимизации и формировании решения математические модели, а также задается факторное пространство, определяющее область и интервал изменения варьируемых параметров. По запросу системы ЛПР уточняется исходное состояние каждого рассматриваемого объекта и объем используемой при проведении эксперимента выборки железнодорожных переездов. После проведения возлагаемого на систему эксперимента пользователю предоставляются результаты анализа рассматриваемой ситуации, а также необходимые для обоснованного принятия решения рекомендации.  

 

 

Литература

 

1. В.А. Поздняков. Переезд - зона повышенной опасности //Путь и путевое хозяйство. -1998. - №12. - С. 30-31.

2. Оценка безопасности движения на железнодорожных переездах. / А. И. Годяев, В. Д. Мирсанов // Информационный листок. ХабЦНТИ. Хабаровск. - 1992- №18-92.-4 с.

3.  Безопасность движения на железнодорожных переездах // Элементы и системы автома­ического управления на ж. д. тр-те: межвузовский сб. научных трудов. Под ред. А. И. Годяева / ХабИИЖТ, Хабаровск, 1993. - С. 41 - 44.

4. Годяев А. И. Методологические основы и принципы построение системы поддержки принятия решения в задачах обеспечения безопасности управления движением на железнодорожном транспорте //Автореферат на соискания доктора технических наук, Москва, 2006.