Система для формирования стратегии долгосрочного планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон
SYSTEM FOR FORMATION OF STRATEGY OF LONG-TERM PLANNING OF TRAIN PASSAGE THROUGH RAILWAY RANGE

Изобретение относится к области автоматизированных систем программно-целевого планирования и управления сложных организационно-технических систем управления для железнодорожного транспорта.
Известна система формирования вариантов стратегии долгосрочного планирования мероприятий по обеспечению требуемого состояния сложной организационно-технической системы, содержащая блок данных по контролируемому объекту, блок коррекции по цели прогноза и цели обратной связи, блок формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков, блок оценки развития свойств объектов, который состоит из объединенных блоков оценки развития свойств контролируемого объекта и оценки развития свойств совокупности объектов, аналогичных контролируемому объекту, блок, моделирующий воздействующую на контролируемый объект среду, блок-модель актуализации свойств о контролируемом объекте, при этом вход, предназначенный для приема экстраполированных данных, блока данных по контролируемому объекту соединен с первым выходом блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте, а его выход - с первым входом, предназначенным для получения параметров контролируемого объекта, блока формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков, вход, предназначенный для приема сигнала коррекции, и выход, предназначенный для выдачи сигнала задания интервала аккумулирования данных и их экстраполяции, блока коррекции по цели прогноза и цели обратной связи соединены соответственно со вторым выходом и первым входом блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте, второй вход и первый выход блока формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков соединены соответственно с первым выходом, предназначенным для выдачи сигнала, соответствующего уточненной информации о текущем состоянии контролируемого объекта, и первым входом, предназначенным для приема сигнала, на основании которого генерируются вероятностные характеристики внешних факторов, блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду, а второй выход блока формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков соединен с первым входом, предназначенным для приема информации о текущем состоянии контролируемого объекта, блока оценки свойств развития объектов, второй вход и выход блока оценки развития свойств объектов соединены соответственно со вторым выходом, предназначенным для выдачи корректирующего сигнала, и вторым входом, предназначенным для приема управляющего сигнала, блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду, третий выход которого соединен со вторым входом, предназначенным для приема сформированной информации, блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте, в состав системы дополнительно включены блок-модели актуализации свойств воздействующей на контролируемый объект среды, предназначенный для прогноза технических характеристик воздействующей на контролируемый объект среды, блок данных по воздействующей на контролируемый объект среде, предназначенный для сбора и хранения количественных признаков, характеризующих свойства воздействующей на контролируемый объект среды, блок формирования сценариев развития параметров изменения воздействующей на контролируемый объект среды, предназначенный для определения параметров, характеризующих верхнюю и нижнюю границу изменения наиболее вероятных количественных характеристик внешних факторов, которые будут оказывать воздействие на контролируемый объект, при этом вход, предназначенный для приема экстраполированных данных, блока данных по воздействующей на контролируемый объект среде соединен с первым выходом блока-модели актуализации свойств воздействующей на контролируемый объект среде, а его выход - с первым входом, предназначенным для получения параметров воздействующей на контролируемый объект среды, блока формирования сценариев развития параметров изменения воздействующей на контролируемый объект среды, выход которого соединен с третьим входом блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду, четвертый выход которого соединен с первым входом блока-модели актуализации свойств воздействующей на контролируемый объект среды. (RU2665231, G06F 17/50, G06Q 10/06, 28.08.2018).
Известная система не учитывает специфику железнодорожного транспорта и не приспособлена для решения задачи планирования пропуска поездов.
В качестве прототипа принята система для планирования пропуска поездов при ремонте участка пути, содержащая процессор, соединенный с блоком ввода информации, монитором и блоком памяти, в котором содержится информационная база нормативного графика движения поездов, сервер, который через канал связи соединен с процессором, к которому подключен блок моделирования, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом блока формирования выходных форм, подключенного к монитору, входом блока анализа и корректировки, соединенного с процессором, формирователем массива данных о пропуске поездов, соединенного посредством канала связи с сервером (RU 86927, B61L 27/04, 20.09.2009).
Недостатком известной системы является ограниченная область ее применения, обусловленная тем, что она предназначена только для условий ремонта железнодорожного пути и не учитывает планы составообразования на станциях, планы  оборота локомотивных бригад, локомотивов и вагонов, что не позволяет использовать ее для  планирования и управления долгосрочным техническим и технологическим развитием железнодорожного полигона, с учетом, как ожидаемых перспективных нагрузок, так и технического состояния перегонов и станций, в конкретные моменты времени.
Технический результат изобретения заключается в расширения области применения системы в части планирования и управления долгосрочным техническим и технологическим развитием железнодорожного полигона с учетом, как ожидаемых перспективных нагрузок, так и технического состояния перегонов и станций в конкретные моменты времени.
Технический результат достигается тем, что в систему для формирования стратегии долгосрочного планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон, содержащую блок моделирования, выход которого соединен с входом блока формирования выходных форм, и блок анализа и корректировки, согласно изобретению введены блок формирования нормативно-справочной информации первого уровня, блок формирования данных о начальной расстановки первого уровня, блок формирования данных о подходе поездов, блок интеллектуальной обработки информации, блок формирования исходных данных, блок формирования гибридной многомерной модели на макро уровне, блок инициализации системных агентов, блок формирования свойств системных агентов, блок генерации графика движения поездов, блок формирования базы данных центральной нормативно-справочной информации, блок формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации по рельсовым цепям и станциям, блок формирования данных от рельсовых цепей, блок формирования графиков пропуска поездов, блок формирования плана составообразования, блок формирования плана оборота локомотивов и блок формирования плана оборота локомотивных бригад, при этом выход блока формирования выходных форм соединен с входом блока генерации графика движения поездов, выход которого является выходом устройства, первый, второй и третий входы блока формирования нормативно-справочной информации первого уровня соединены соответственно с выходом блока анализа и корректировки, с выходом блока формирования базы данных центральной нормативно-справочной информации и с информационным выходом интеллектуальной системы управления на железнодорожном транспорте, к которому подключен вход блока формирования данных о начальной расстановки первого уровня, выход блока формирования нормативно-справочной информации первого уровня соединен с первым входом блока моделирования и с первым входом блока формирования гибридной многомерной модели на макро уровне, второй вход которого соединен с выходом блока формирования данных о начальной расстановки первого уровня и первым входом блока  формирования свойств системных агентов, выход которого соединен с третьим входом блока формирования гибридной многомерной модели на макро уровне, четвертый вход которого соединен с выходом блока формирования исходных данных, а выход блока формирования гибридной многомерной модели на макро уровне соединен с входами блока формирования графиков пропуска поездов, блока формирования плана составообразования на станциях, блока формирования плана оборота локомотивов и блока формирования плана оборота локомотивных бригад, выходы которых соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым входами блока моделирования, шестой вход которого соединен с выходом блока формирования гибридной многомерной модели на макро уровне,  седьмой вход блока моделирования соединен с выходом блока формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации по рельсовым цепям и станциям, восьмой вход блока моделирования соединен с выходом блока формирования данных от рельсовых цепей, к которому подключены вход/выход блока формирования данных о начальной расстановки первого уровня, вход/выход блока формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации по рельсовым цепям и станциям, вход блока инициализации системных агентов, выходом соединенного со вторым входом блока формирования свойств системных агентов, и информационный вход автоматизированной системы оперативного управления перевозками, которая через блок формирования данных о подходе поездов соединена с третьим входом блока  формирования свойств системных агентов, с девятым входом блока моделирования и входом блока интеллектуальной обработки информации, выход которого соединен с входом блока формирования исходных данных.
На чертеже приведена функциональная схема системы для формирования стратегии долгосрочного планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон.
Система для формирования стратегии долгосрочного планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон содержит блок 1 моделирования, выход которого соединен с входом блока 2 формирования выходных форм, блок 3 анализа и корректировки, блок 4 формирования нормативно-справочной информации первого уровня, блок 5 формирования данных о начальной расстановки первого уровня, блок 6 формирования данных о подходе поездов, блок 7 интеллектуальной обработки информации, блок 8 формирования исходных данных, блок 9 формирования гибридной многомерной модели на макро уровне, блок 10 инициализации системных агентов, блок 11 формирования свойств системных агентов, блок 12 генерации графика движения поездов, блок 13 формирования базы данных центральной нормативно-справочной информации, блок 14 формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации по рельсовым цепям и станциям, блок 15 формирования данных от рельсовых цепей, блок 16 формирования графиков пропуска поездов, блок 17 формирования плана составообразования, блок 18 формирования плана оборота локомотивов и блок 19 формирования плана оборота локомотивных бригад, при этом выход блока 2 формирования выходных форм соединен с входом блока 12 генерации графика движения поездов, выход которого является выходом устройства, первый, второй и третий входы блока 4 формирования нормативно-справочной информации первого уровня соединены соответственно с выходом блока 3 анализа и корректировки, с выходом блока 13 формирования базы данных центральной нормативно-справочной информации и с информационным выходом интеллектуальной системы 20 управления на железнодорожном транспорте, к которому подключен вход блока 5 формирования данных о начальной расстановки первого уровня, выход блока 4 формирования нормативно-справочной информации первого уровня соединен с первым входом блока 1 моделирования и с первым входом блока 9 формирования гибридной многомерной модели на макро уровне, второй вход которого соединен с выходом блока 5 формирования данных о начальной расстановки первого уровня и первым входом блока 11 формирования свойств системных агентов, выход которого соединен с третьим входом блока 9 формирования гибридной многомерной модели на макро уровне, четвертый вход которого соединен с выходом блока 8 формирования исходных данных, а выход блока 9 формирования гибридной многомерной модели на макро уровне соединен с входами блока 16 формирования графиков пропуска поездов, блока 17 формирования плана составообразования на станциях, блока 18 формирования плана оборота локомотивов и блока 19 формирования плана оборота локомотивных бригад, выходы которых соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым входами блока моделирования, шестой вход которого соединен с выходом блока формирования гибридной многомерной модели на макро уровне,  седьмой вход блока 1 моделирования соединен с выходом блока  14 формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации по рельсовым цепям и станциям, восьмой вход блока 1 моделирования соединен с выходом блока 15 формирования данных от рельсовых цепей, к которому подключены вход/выход блока 5 формирования данных о начальной расстановки первого уровня, вход/выход блока 14 формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации по рельсовым цепям и станциям, вход блока 10 инициализации системных агентов, выходом соединенного со вторым входом блока 11 формирования свойств системных агентов, и информационный вход автоматизированной системы 21 оперативного управления перевозками, которая через блок 6 формирования данных о подходе поездов соединена с третьим входом блока 11 формирования свойств системных агентов, с девятым входом блока 1 моделирования и входом блока 7 интеллектуальной обработки информации, выход которого соединен с входом блока 8 формирования исходных данных.
Система для формирования стратегии долгосрочного планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон работает следующим образом.
На первом этапе информация от интеллектуальной системы 20 управления на железнодорожном транспорте (ИСУЖТ), а также информация из блока 13 формирования базы данных центральной нормативно-справочной информации (НСИ), с возможностью ручной корректировки посредством блока 3 анализа и корректировки, поступает в блок 4 формирования нормативно-справочной информации первого уровня.
Одновременно, из системы 20 (ИСУЖТ) информация поступает в блок 5 формирования данных о начальной расстановки поездов первого уровня. В блоке 5 формируются данные о начальной расстановки поездов на укрупненном полигоне (на границах). Эти данные о расстановки поступают в блок 10 инициализации системных агентов (агенты: «путь», «вагон», «состав поезда», «локомотив», «бригада», «нитка графика» и т.п.).
Одновременно с этим, информация из блока 14 базы данных детальной нормативно-справочной информации  по рельсовым цепям и станциям, поступает в автоматизированную систему 21 оперативного управления перевозками (АСОУП2КС), из которой информация передается в блок 6 формирования данных о подходе поездов, с выхода которого информацию передают в блок 7 интеллектуальной обработки информации и в блок 11 формирования свойств системных агентов.
В блоке 10 происходит инициализация системных агентов, информация о сформированных системных агентах передается в блок 11 формирования свойств системных агентов, где получают атрибуты в соответствии с информацией из автоматизированной системы 21  и начальной расстановкой поездов. Системный агент представляется как экземпляр своего класса с задаваемыми атрибутами.
Обработанная в блоке 7 информация поступает в блок 8 формирования исходных данных, для предстоящего моделирования под формат гибридной мультиагентной модели.
В блоке 9 формирования гибридной многомерной модели на макро-уровне производится мультиагентное моделирование, по правилам работы сцены модели, с участием агентов и исходной информации, а также НСИ первого уровня. Модель функционирует по задаваемым целевым функциям и правилам общения агентов между собой и агентов со сценой модели.
В блоке 9 формирования гибридной многомерной модели на макро-уровне происходит розыгрыш и оптимизация взаимодействия системных агентов для достижения заданной заранее целевой функции полигона. Работающая модель выдает следующие виды информации о перспективных планов пропуска заданного грузопотока и пассажиропотока: о  графике пропуска поездов, о плане составообразования, о плане оборота локомотивов и о плане оборота локомотивных бригад.
Эти информация соответственно через блок 16 формирования графиков пропуска поездов, блок 17 формирования плана составообразования, блок 18 формирования плана оборота локомотивов и блок 19 формирования плана оборота локомотивных бригад поступает на входы блока 1 моделирования, куда также поступает информация из блока 14 базы данных детальной нормативно-справочной информации  по рельсовым цепям и станциям. Поступившие данные проверяются на имитационной модели полигона на предмет наличия физических ограничивающих зон, которые в дальнейшем учитываются в плане инфраструктурного развития.
В том случае,  если предварительный план пропуска имитационной моделью признан допустимым, он далее направляется для исполнения в виде графиков движения, расписаний и пр. Если же имитационная модель не разрешает ввести его в действие в силу ограничений, то происходит корректировка нормативно-справочной информации и расчет повторяется заново.
Результатом являются взаимно сбалансированные точки отправления поездов, оптимальный (или устойчивый компромиссный) вариант пропуска поездов по полигону.
Дальнейшая работа системы обеспечивает верификацию полученного макро-плана на детальной имитационной модели работы полигона. Для этого информация с выхода блока 9 формирования гибридной многомерной модели на макроуровне передается в блок 1 моделирования.  Также в блок 1 моделирования поступают данные из блока 15 формирования данных от рельсовых цепей, блока 16 формирования графиков пропуска поездов, блока 17 формирования плана составообразования, блока 18 формирования плана оборота локомотивов и блока 19 формирования плана оборота локомотивных бригад.  То есть, рассчитанный макро-график из блока 9 проверяется на реализуемость на действующем полигоне с заданным режимом составоообразования на станциях, своими обкатанными локомотивными бригадами, типом и мощностью локомотивов и т.п.
Результаты имитационного моделирования из блока 1 моделирования передаются в блок 2 формирования выходных форм. Готовые формы поступают из блока 2 в блок 12 генерации графика движения поездов на основе проверенных планов и передачи графика на исполнение.
Новизна данной системы заключается в ее гибридном характере, который проявляется в виде наличия двух прогнозно-расчетных моделей на различной математической и логической базе. Модель на микроуровне – уровне рельсовых цепей, конкретных станций  - выполнена в виде имитационной модели, а модель макроуровня, работающая с динамикой грузопотоков и планом пропуска поездов по полигону в целом, является мультиагентной, в которой существует сцена с заданными правилами расчета, и системные агенты – вагоны, составы поездов, и сложные агенты – локомотив, локомотив с бригадой, поезд. Данные агенты обладают своей целевой функцией и через сцену осуществляют взаимодействие, приводя тем самым полигон к наиболее выгодному и устойчивому игровому состоянию (в некоторых случаях – к равновесию Нэша), которое позволяет пропустить грузопоток заданного объема и территориального распределения наиболее выгодным образом.