Жатканбаева Э.А. – к.т.н.

г Алматы, Республика Казахстан

ПОСТРОЕНИЯ СППР В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

Эффективность и безопасность работы железнодорожного транспорта во многом определяется обоснованностью и оперативностью решений, принимаемых при проектировании систем обеспечения безопасности движения поездов, управлении технологическими процессами и автоматизации транспортных объектов [1], Развитие современных информационных технологий, методологии моделирования сложных систем и решения задач по управлению транспортными процессами обеспечивает возможность создания СППР по обеспечению безопасности движения поездов. Разработка данной системы представляет собой актуальную, достаточно сложную, слабоструктурированную задачу, связанную с формированием обоснованных решений в условиях случайного изменения и неполной определённости ряда факторов. Успешное решение данной задачи может быть обеспечено только при эффективном сочетании опыта, знаний, интуиции и умения человека принимать обоснованные решения с современными математическими методами решения задач и имитационным моделированием рассматриваемых процессов.

Адаптация СППР заключается в разработке методологии решения каждой из возлагаемых на систему задач, выделении в архитектуре, системы специального, реализующего данную методологию, решающего модуля, а также создании базы имитационных моделей. Архитектура СППР, адаптированной к задачам обеспечения безопасности управления движением поездов, представлена на рис. 1.

Разработанная СППР построена по модульному принципу с открытой архитектурой, обеспечивающей возможность изменения конфигурации системы, а также вида и числа входящих в ее состав модулей и баз данных. Включаемые в СППР математические модели выбираются разработчиком системы в зависимости от её ориентации на решение определённого класса задач.

Основу СППР составляют: моделирующий, решающий, информационно-интеллектуальный и управляющий модули, а также модуль организации диалога и ввода в систему информации для формирования баз данных. Для связи между модулями используется информационно-управляющая системная шина, обеспечивающая передачу сигналов управления и информации, необходимой для решения стоящих перед системой задач.

Моделирующий модуль включает в себя набор выбираемых с учётом ориентации системы на решение определённого класса задач имитационных моделей, таких как: модель, описывающая железнодорожный участок с использованием теории импульсных систем; модель поезда как объекта управления;

Рисунок 1. Архитектура СППР, адаптированной к задачам обеспечения безопасности управления движением поездов

модель, имитирующая движение поездов на участке железной дороги; модель функционирования систем интервального регулирования движения поездов (ИРДП); модель управления ведением поезда с использованием реализованных на нечёткой логике регуляторов и т. д.

Модели, разработанные для оценки потенциально реализуемых показателей эксплуатационной работы железнодорожного участка, базируются на использовании теории импульсных систем. Данные модели представляет собой некоторую специально разработанную эвристику, обеспечивающую оценку потенциально реализуемых показателей при оборудовании участка различными системами ИРДП, различных параметрах и способах организации движения поездов. Модели позволяет определять требуемые параметры, не прибегая к сложному имитационному моделированию реально протекающих в системе процессов.

Модель поезда как объекта управления имитирует функционирование основных систем поезда и его движение под действием ускоряющих и замедляющих сил по железнодорожному участку, выбранному для проведения исследований.

Модель, имитирующая движение поездов на участке железной дороги, позволяет проанализировать влияние различных факторов и возмущающих воздействий на эксплуатационные характеристики участка. Модель обеспечивает имитацию реально протекающих в системе процессов и проведение исследований при различных параметрах участка, функционировании на нём различных систем ИРДП и задаваемых ЛПР алгоритмах управления движением.

Модель функционирования систем интервального регулирования движения поездов обеспечивает задание скорости каждого из следующих по участку составов с учётом имеющейся системы ИРДП и сложившейся на участке поездной ситуации.

Модель управления ведением поезда с использованием реализованных на нечёткой логике регуляторов позволяет учитывать влияние на процесс управления человеческого фактора. Использование модели обеспечивает формирование рекомендаций для обоснованного принятия решений по выбору режима ведения поезда в различных ситуациях.

Решающий модуль обеспечивает формирование предлагаемых СППР вариантов решения оптимизационных задач и задач, решаемых с использованием системы нечёткого вывода. Выделение данного модуля обусловлено ориентацией каждой разрабатываемой СППР на решение определённого класса задач.

Под оптимизационными задачами СППР понимаются: параметрическая оптимизация алгоритмов управления ведением поезда и движением на рассматриваемом железнодорожном участке; оптимизация систем ИРДП; векторная многокритериальная оптимизация Fuzzy logic регуляторов; выбор эффективных по Парето альтернатив при осигнализовании железнодорожного участка, а также решение ряда других, возлагаемых на СППР, экстремальных задач.

Выполняемая в решающем модуле обработка нечетких лингвистических переменных обеспечивает формирование нечёткого вывода и позволяет осуществлять проектирование, исследование, сравнительный анализ и оптимизацию используемых в составе С П ПР, Fuzzy logic регуляторов.

Еще одной функцией решающего модуля является формирование получаемых на основе имитационного моделирования вариантов решения рассматриваемых задач. После получения от СППР рекомендуемого варианта, ЛПР предоставляется возможность оценить обоснованность принимаемого решения.

Модуль определения показателей эксплуатационной работы железнодорожного участка обеспечивает расчёт пропускной, провозной способности и других, характеризующих эффективность работы критериев при заданных ЛПР параметрах участка и обращающегося на нём подвижного состава.

Модуль анализа показателей качества управления ведением поезда позволяет оценивать параметры, характеризующие качество регуляторов, используемых в различных системах автоматического управления.

Модуль исследования систем обеспечения безопасности движения поездов (СОБД) обеспечивает возможность проведения сравнительного анализа различных систем ИРДП и оценку эффективности оборудования соответствующей системой железнодорожного участка, исследуемого ЛПР.

Решение задачи осигнализования железнодорожного участка предусматривает рациональный по условиям безопасности и ряду других критериев выбор координат границ блок - участков и ограждающих их светофоров автоблокировки. Модуль также обеспечивает возможность решения задачи по осигнализованию станции с учётом выполняемой поездной и маневровой работы, обеспечения безопасности и уменьшения перепробега составов.

Модуль формирования рекомендаций по управлению ведением поезда и работе с локомотивными устройствами безопасности используется при создании СППР, ориентированной на работу в составе программно- аппаратных обучающих комплексов для подготовки машинистов.

Информационно-интеллектуальный модуль СППР содержит: базы данных, необходимые для функционирования системы, базу знаний, предназначенную для хранения используемых в процессе принятия решения алгоритмов, а также модуль основанного на знаниях вывода и обоснования получаемого решения. Для хранения данных образованы базы, предоставляющие информацию о характеристиках используемого для проведения исследований железнодорожного участка, ограничениях скорости, технико-эксплуатационных характеристиках подвижного состава и т.д. В СППР также входит дополнительная информационная база для хранения информации, непосредственно не участвующей при решении задач, но необходимой пользователю.

Входящая в состав информационного модуля база знаний обеспечивает систематизацию и хранение в формализованном виде алгоритмов поиска обоснованного решения каждой задачи, стоящей перед СППР. Связь базы знаний с другими функциональными элементами системы осуществляется посредством 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 необходимыми алгоритмами укрупненные математические модели в дальнейшем используются СППР при проведении исследований по проверке обоснованности каждого принимаемого решения. С использованием БЗ осуществляется основанный на знаниях вывод, а также анализ и обоснование предлагаемых системой решений.

Управляющий модуль обеспечивает функционирование СППР в соответствии с алгоритмом решения поставленной ЛПР задачи. Идентификация задачи производится на основании указаний ЛПР, 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 подзадачи осуществляется активизация необходимых математических моделей и функциональных элементов системы, а также управление соответствующими информационными и интеллектуальными базами.

Модуль организации диалога предоставляет пользователю удобный интерфейс для общений с СППР в диалоговом режиме. 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. После проведения эксперимента ЛПР предоставляются результаты анализа, а также рекомендации, необходимые для обоснованного принятия решения.

Модуль ввода информации позволяет корректировать используемые системой базы данных и легко адаптировать систему к любому подвижному составу и железнодорожному участку, обеспечивая возможность ее использования для решения различных задач. Функции остальных, входящих в систему модулей, рассмотрены при разработке методологии построения и выборе архитектуры СППР в задачах обеспечения безопасности на железнодорожном транспорте.

Список использованной литературы

1. Пржиялковский В.В. Сложный анализ данных большого объёма: новые
перспективы компьютеризации / В. В. Пржиялковский // СУБД. - 1996. - № 4. С. 71-83.