Интеллектуальные компьютерные системы оперативного управления движением поездов на станциях

116

Информатика и технологии информатики

УДК 656.257

А. А. Корниенко, А. Б. Никитин, А. Д. Хомоненко

Петербургский государственный университет путей сообщения

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ НА СТАНЦИЯХ

Проанализированы кибернетические структуры систем оперативного управления применительно к организации перевозочного процесса на станциях. Показано, что достигнутый на сегодняшний день уровень автоматизации в системах оперативного управления отвечает низшему, соответствующему моторной деятельности оператора, тогда как наиболее перспективным является тактическое управление на основе интеллектуальных систем с функциями подсказок (советующие системы). Определены составляющие информационной модели станции, а также перечень технологических задач системы управления с интеллектуальной составляющей.

кибернетическая система управления, информационная модель, автоматизированное управление, структура системы.

Введение

При создании систем оперативного управления актуальным является выбор такой структуры, которая позволит, во-первых, минимизировать участие человека в информационном обмене, во-вторых, сократить функциональное участие человека в процессе управления.

Современные системы управления технологическими процессами основываются на широком использовании средств вычислительной техники и представляют собой сложные автоматизированные системы управления (АСУ), в которые включены не только технические звенья, но и контуры с участием человека. Человек-оператор является субъектом управления и поэтому от его деятельности зависит функционирование системы в целом. Все кибернетические системы управления с позиции включения человека в контур управления могут быть классифицированы на два типа систем: автоматического и неавтоматического (ручного) управления.

1 Структуры систем управления

Неавтоматическое управление реализуется человеком на основе данных о ходе технологического процесса, а управление осуществляется на основе концептуальной модели, возникающей в сознании человека в ходе наблюдения за табло (см. рис.). В автоматической системе управление осуществляется с помощью заранее заложенной модели, а роль человека сводится к наблюдению.

Классификационным признаком автоматизированных систем является степень автоматизации, под которой понимается объем функций управления, переданный аппаратно-программному комплексу системы [1]. В более простых системах автоматизируются функции сбора информации, которые предъявлены человеку-оператору в виде информационной модели на средствах отображения. Пример такой структуры управления - работа дежурного по станции, оборудованной электрической централизацией с раздельным управлением стрелками.

2012/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Информатика и технологии информатики

117

Структура системы неавтоматического оперативного управления

Второй по степени автоматизации является АСУ, роль человека здесь сводится к оперативному вмешательству при обнаружении рассогласования параметров с теми, при которых достигается наибольшая эффективность. Этот вид деятельности чело-века-оператора заключается в поддержании контролируемых им значений в заданных пределах. Примером может служить деятельность пилота при «слепом» полете по заданной траектории без использования автопилота.

Следующую степень автоматизации представляют системы-советчики. В этой системе человеку предъявляется на средствах отображения не только информационная модель ситуации, но и одно из решений, выбранное системой. Сравнивая его со своим решением, выработанным на основе собственной концептуальной модели, оператор может согласиться с машинным вариантом или же реализовать свое решение, причем приоритет остается за человеком. Роль человека в этом случае сводится не только к оперативному, но в большей степени к тактическому управлению. Примером реализации этой структуры является АСУ диспетчерского управления с функцией построения прогнозного графика.

Четвертый уровень автоматизации предполагает участие человека в разрешении критической ситуации. Система формирует альтернативные варианты решения и отображает их в виде возможных ситуаций. Роль человека в такой системе заключается не только в оперативном или тактическом управлении, но, главным образом, в выработке стратегии управления в целом. Примером таких систем являются системы организационно-административного управления для руководителей высокого ранга иерархии управления, например главного диспетчера регионального центра управления перевозками.

Представленный структурный анализ АСУ позволяет нам определить достигнутый уровень автоматизации систем оперативного управления, соответствующий на сегодняшний день первому (низшему) из рассмотренных. Реализация функций автоматизации путем более широкого использования средств вычислительной техники именно на уровне взаимодействия с оператором открывает перспективу перехода к тактическому управлению на основе планирования работы станции, что соответствует третьему уровню автоматизации кибернетической системы.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/2

118

Информатика и технологии информатики

2 Особенности систем управления движением поездов

Принципиальной особенностью рассматриваемых систем является их функционирование в реальном масштабе времени. Это означает, что решение должно формироваться по мере поступления информации об изменении состояния датчиков. Несвоевременность формирования управляющих воздействий влечет снижение эффективности управления. Это приводит к осложнениям в деятельности оператора в условиях ограниченного лимита времени на выполнение функций управления.

Вторая особенность заключается в том, что система управления является замкнутой. Действительно, управляющее воздействие приводит к изменениям в объекте управления, что отражается в новых состояниях контролируемых параметров, т. е. возникает обратная связь между управляющим воздействием и информацией о состоянии объекта управления.

Третья особенность в построении систем состоит в необходимости формирования модели управления. Однако из-за сложностей формализации сбора и обработки информации (до 80 % данных персонал получает путем переговоров [2]) требуется обязательное участие человека и выработанной им концептуальной модели в контуре управления. Неполнота информационной модели не позволяет решать задачу выработки альтернативных вариантов решений, а следовательно, применить в полной мере средства искусственного интеллекта.

3 Информационная модель и интеллектуализация перевозочного процесса

В практической деятельности пользователей (оперативного и обслуживающего персонала) информационная модель является источником данных, на основе которых формируется образ реальной поездной об-

становки, производится анализ и принимаются решения об управляющих действиях в системе. Полнота описания информационной модели определяет ее адекватность, а следовательно, и эффективность системы управления. Действительно, чтобы принять решение об установке маршрута, необходимо предварительно оценить ситуацию на станции по многим составляющим технологического процесса. Поскольку конечной целью перевозочного процесса является целенаправленное перемещение подвижных единиц (поездов, вагонов, локомотивов), для организации любого перемещения исходными данными являются точные знания места назначения, состояния каждой единицы, технологического состояния систем и подразделений, технического состояния устройств.

В общем случае структура информационной модели технологического процесса станции включает локомотивную, вагонную, поездную, техническую и технологическую модели. Источниками информации для динамического функционирования моделей являются, прежде всего, технические средства автоматизации - средства автоматической идентификации подвижных объектов, контроля состояния напольных устройств (стрелок, сигналов, рельсовых участков), устройства обнаружения нагрева букс и другие, а также формируемые на основе данных о перемещениях сведения о расположении подвижных единиц на станции.

Трудности при формализации процессов сбора информации о технологическом положении на станции (динамика процессов погрузки/выгрузки на фронтах работ, исправность технических средств механизации и др.) компенсируются путем переговоров и запросов данных. Это обстоятельство предопределяет режим функционирования систем управления движением поездов как автоматизированный, исключение персонала на данном этапе в принципе невозможно.

Задачами систем управления с «интеллектуальной составляющей» на данном этапе являются:

2012/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Информатика и технологии информатики

119

- подсказки, касающиеся возможности реализации той или иной команды с целью исключения ошибок, могущих привести к задержкам передвижений;

- логический контроль технологических событий с активным воздействием на алгоритмы системы управления;

- формирование прогноза с реализацией автоматического действия на согласованный предстоящий период в несколько часов при условии соблюдения допусков отклонений параметров технологического процесса;

- подсказки и блокирование состояний в системе при вспомогательном управлении, возникновении отказов, иных нештатных ситуациях.

Каждой из перечисленных задач при программной реализации системы соответствует набор функций и алгоритмов, являющийся неотъемлемым атрибутом компьютерной системы управления, обладающей искусственным интеллектом, для организации безопасного перевозочного процесса.

Заключение

Использование вычислительных средств в системах нового поколения для оперативного управления поездами позволяет расширить их функциональные возможности за счет интеллектуальной составляющей принятия решений в программных модулях автоматизированных рабочих мест персонала дежурных по станциям.

Библиографический список

1. Основы проектирования электрической централизации промежуточных станций / В. А. Кононов, А. А. Лыков, А. Б. Никитин. -М. : Маршрут, 2003. - 316 с.

2. Методические указания по расчету численности работников железнодорожных станций, занятых приемом, отправлением поездов, маневровой работой и обработкой составов : сб. Проектного и внедренческого центра организации труда МПС / И. М. Кокурин, А. Б. Никитин, Н. А. Сапунов и др. - М. : МПС, 1994. - 89 с.

УДК 656.259: 004.056

А. Ю. Рожнёв, С. С. Титов

Уральский государственный университет путей сообщения

МНОГОБИТОВЫЕ ФУНКЦИИ БЕЗ ЗАПРЕТА В ЗАДАЧАХ ЗАЩИТЫ ОТВЕТСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

Рассматривается защита ответственной информации в системах передачи данных на железнодорожном транспорте. Приведен обзор атак на алгоритмы защиты данных в GSM, которые показывают их криптографическую слабость. Обобщена теория запретов булевых функций для многобитовых последовательностей, введено понятие многобитовой функции без запрета. Доказаны теоремы об отсутствии запрета у многобитовых функций, линейных или биективных по крайним переменным. Полученную математическую модель можно применять для построения блоков нелинейного усложнения генераторов псевдослучайных последовательностей в алгоритмах шифрования.

булева функция, запрет булевой функции, криптоанализ, GSM, уязвимости стандартов связи.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/2