Система для управления работой сортировочных станций
SYSTEM FOR MANAGING THE OPERATION OF MARSHALLING YARDS

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для управления сортировочными станциями и прогнозирования результатов их работы.
Известна система для управления работой сортировочных станций направления железнодорожной сети, содержащая компьютер автоматизированного рабочего места, включающий процессор с подключенными к нему блоком ввода/вывода данных, монитором, блоком памяти и блоком обработки и формирования выходных данных, выход которого соединен со вторым входом монитора, блок моделирования поездной работы сортировочных станций, состоящий из последовательно соединенных блока расчета вариантов разложения поездов, блока выбора последовательности расформирования поездов, блока выбора последовательности накопления вагонов и блока моделирования отправления сформированных поездов, выход которого соединен с входом процессора, первый выход которого через блок расчета показателей работы сортировочных станций за прошедший период соединен с первым входом блока расчета вариантов разложения поездов, второй вход которого соединен с блоком формирования плановых показателей работы сортировочных станций, к входу которого подключен второй выход процессора, третий выход которого через блок формирования данных актуального плана формирования поездов соединен с блоком выбора последовательности расформирования поездов, четвертый выход процессора через блок формирования усредненных данных вагонопотоков сортировочных станций соединен с входом блока выбора последовательности накопления вагонов, дополнительные входы/выходы процессора соединены через сервер, по сети передачи данных, с соответствующими выходами/входами аппаратно-программных устройств автоматизированной системы управления сортировочными и грузовыми станциями, автоматизированной системы оперативного управления перевозками и автоматизированного диспетчерского центра управления, первого и второго блоков сопряжения, при этом входы первого блока сопряжения подключены к установленным на путях сортировочных станций направления датчикам подхода грузовых поездов, а входы второго блока сопряжения соединены с аппаратно-программными устройствами центров комплексного диагностического контроля технического состояния подвижного состава движущих поездов, с сервером соединен блок формирования процессных моделей на основе искусственной нейронной сети с функцией обучения, к которому подключены четыре блока памяти, при этом в первом блоке памяти записана база данных процессных моделей, во втором блоке памяти записана база данных внешних технологических процессов, в третьем блоке памяти записана база технико-распорядительных актов и схем и в четвертом блоке памяти записана база данных событийных ретроспективных моделей работы станции (RU 2671790, B61B 1/00, 06.11.2018).
Недостатком известной системы является ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что при моделировании и управлении работой сортировочных станций в ней не учитываются такие факторы, как зависимость эффективности управления сортировочными станциями от согласованности графика отправления поездов с сортировочной станции, с обеспеченностью локомотивами и локомотивными бригадами.
В качестве прототипа принята система для управления работой сортировочных станций, содержащая блок формирования актуального поездного положения,  входы которого соединены с выходом блока датчиков пропуска поездов по станции и с выходом блока датчиков фиксации прибытия и отправления поездов по станции, выход блока формирования актуального поездного положения соединен со входом  устройства формирования гибридной модели станций, включающего компьютер автоматизированного рабочего места оператора, в памяти которого записано программное обеспечение гибридной модели станций, а к процессору  компьютера подключены блок ввода/вывода данных, монитор, блок памяти и блок обработки и формирования выходных данных, выход которого соединен со вторым входом монитора, дополнительный вход/выход процессора подключен к первому выходу/входу сервера, второй выход/вход которого по сети передачи данных соединен с соответствующими входами/выходами аппаратно-программных устройств автоматизированной системы управления сортировочными и грузовыми станциями, автоматизированной системы оперативного управления перевозками и автоматизированного диспетчерского центра управления, первого и второго блоков сопряжения, при этом входы первого блока сопряжения подключены к установленным на путях сортировочных станций инфраструктурным датчикам подхода поездов, а входы второго блока сопряжения соединены с аппаратно-программными устройствами центров комплексного диагностического контроля технического состояния подвижного состава движущих поездов, при этом третий выход/вход сервера соединен с входом/выходом блока формирования процессных моделей на основе искусственной нейронной сети с функцией обучения, к которому подключены четыре блока памяти, при этом в первом блоке памяти записана база данных процессных моделей, во втором блоке памяти записана база данных внешних технологических процессов, в третьем блоке памяти записана база технико-распорядительных актов и схем и в четвертом блоке памяти записана база данных событийных ретроспективных моделей работы станции, имеющая блок согласования, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно со входом процессора, со вторым входом блока обработки и формирования выходных данных и с первым входом модуля формирования данных фактического выполнения работы, подключенного к блоку памяти, в котором записана база данных реальной работы станции по часам, и к которому подключены блок задания точки отправления, блок регистрации данных, соединенный с выходом инфраструктурных датчиков подхода поездов, и модуль анализа данных, первый вход которого соединен с первым выходом процессора, второй выход которого подключен ко второму входу модуля формирования данных фактического выполнения работы, третий вход которого подключен к блоку регистрации данных, соединенному с сетью передачи данных, первый выход модуля анализа данных через блок системы самообучения соединен с первым входом блока имитационной модели, ко второму входу которого подключен выход интеллектуального блока обработки информации о подходе роспуска, соединенного с блоком памяти, в котором записана база данных реальной работы станции по часам, а к выходу блока имитационной модели подключен блок имитации составонакопления, второй вход модуля анализа данных подключен к четвертому выходу блока согласования, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно со входом блока корректировки прямой имитационной модели, выход которого соединен с третьим входом блока имитационной модели, и со входом блока корректировки обратной имитационной модели, выход которого соединен с блоком имитации составонакопления, вход/выход которого соединен с выходом/входом блока согласования, блок формирования расписания отправления через блок задания точки отправления соединен со входом блока обратной имитационной модели, выход которого соединен с входом блока согласования, другие входы блока обратной имитационной модели соединены соответственно с выходами блока системы самообучения, блока формирования расписания выдачи локомотивов и блока формирования расписания явки локомотивных бригад, соединенного с блоком памяти, в котором записана база данных нормативно-справочной информации и к которому подключены блок формирования расписания отправления и блок формирования расписания выдачи локомотивов (RU 2737817, B61B 1/00, 03.12.2020).
Известная система недостаточно обеспечивает эффективность управления работой сортировочных станций из-за малой глубины планирования.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности управления работой сортировочных станций за счет увеличения глубины планирования, предоставляемого системой.
Технический результат достигается тем, что cистема для управления работой сортировочных станций, содержащая блок формирования актуального поездного положения, входы которого соединены с выходом блока датчиков пропуска поездов по станции и с выходом блока датчиков фиксации прибытия и отправления поездов по станции, первый выход блока формирования актуального поездного положения соединен с первым входом устройства формирования гибридной модели станций, согласно изобретению снабжена блоком актуализации действующего плана на данный момент расчёта, с подключенными к нему тремя модулями памяти, в первом из которых записана база данных сменно-суточных планов грузовой работы, во втором модуле памяти записана база данных текущих планов составообразования сортировочных станций, а в третьем модуле памяти записан архив сменно-суточных планов поездной работы, выход блока актуализации действующего плана на данный момент расчёта соединен с первым входом модуля корректировки действующего плана, ко второму входу которого подключен второй выход блока формирования актуального поездного положения, выход модуля корректировки действующего плана соединен с первым входом блока формирования перспективного плана поездной работы на сутки вперед, ко второму входу которого подключен модуль памяти, в котором записана нормативно справочная информация по полигону, первый выход блока формирования перспективного плана поездной работы на сутки вперед соединен со вторым входом устройства формирования гибридной модели станций, а второй выход – с блоком формирования базы данных гибридных моделей для каждой станции полигона, выход которого соединен с первым входом модуля корректировки планов поездной работы на основе данных гибридной модели станций, второй вход которого соединен с выходом устройства формирования гибридной модели станций, а выход модуля корректировки планов поездной работы на основе данных гибридной модели станций соединен с входом блока вывода и доведения плана до исполнителей.
На чертеже приведена функциональная схема системы для управления работой сортировочных станций.
Система для управления работой сортировочных станций содержит блок 1 формирования актуального поездного положения (начальная расстановка), входы которого соединены с выходом блока 2 датчиков пропуска поездов по станции и с выходом блока 3 датчиков фиксации прибытия и отправления поездов по станции, первый выход блока 1 формирования актуального поездного положения соединен с первым входом устройства 4 формирования гибридной модели станций, блок 5 актуализации действующего плана на данный момент расчёта, с подключенными к нему тремя модулями 6, 7 и 8 памяти, в первом (6) из которых записана база данных сменно-суточных планов грузовой работы, во втором модуле 7 памяти записана база данных текущих планов составообразования сортировочных станций, а в третьем модуле 8 памяти записан архив сменно-суточных планов поездной работы, выход блока 5 актуализации действующего плана на данный момент расчёта соединен с первым входом модуля 9 корректировки действующего плана, ко второму входу которого подключен второй выход блока 1 формирования актуального поездного положения, выход модуля 9 корректировки действующего плана соединен с первым входом блока 10 формирования перспективного плана поездной работы на сутки вперед, ко второму входу которого подключен модуль 11 памяти, в котором записана нормативно справочная информация (НСИ) по полигону, первый выход блока 10 формирования перспективного плана поездной работы на сутки вперед соединен со вторым входом устройства 4 формирования гибридной модели станций, а второй выход – с блоком 12 формирования базы данных гибридных моделей для каждой станции полигона, выход которого соединен с первым входом модуля 13 корректировки планов поездной работы на основе данных гибридной модели станций, второй вход которого соединен с выходом устройства 4 формирования гибридной модели станций, а выход модуля 13 корректировки планов поездной работы на основе данных гибридной модели станций соединен с входом блока 14 вывода и доведения плана до исполнителей.
Система для управления работой сортировочных станций функционирует следующим образом.
Следует отметить, что cистема для управления работой сортировочных станций, выбранная в качестве прототипа, позволяет строить сменно-суточные планы работы полигона и график движения практически не рассматривает станции, а суточный план-график, наоборот, служит инструментом локальной оптимизации работы стации.
Предлагаемая система функционирует по двухэтапному способу планирования, который заключается в том, что расчетный период делится двумя отметками. Если план в день Х по второй временной отметке считается на день Х+1, то в момент первой отметки дня Х+1 происходит его актуализация на основе как бы пересчета на базе прошлого дня и внесенных изменений со второй отметки дня Х до первой отметки дня Х+1. Получается имитация забегания назад, отсюда в названии функционирования использован термин «двухэтапный».
Модуль 8 памяти с архивом сменно-суточных планов поездной работы  и модуль 7 памяти с базой данных текущих планов составообразования сортировочных станций отвечают за ввод в модель текущих планов поездообразования, а блок 2 датчиков пропуска поездов по станции, блок 3 датчиков фиксации прибытия и отправления поездов по станции отвечают за ввод в модель данных отправления и проследования поездов.
Информация об актуальном поездном положении передается в устройство 4 формирования гибридной модели  работы станции, которая проводит согласование моментов начала роспуска с горки и моментов окончания составообразования и корректирует план работы станции.
Блок 5 актуализации действующего плана на данный момент расчёта, модуль 9 корректировки действующего плана и блок 10 формирования перспективного плана поездной работы на сутки вперед близки по назначению, обладают искусственным интеллектом и выдают (корректируют) планы работы станций/полигонов, информация о которых через блок 12 формирования базы данных гибридных моделей для каждой станции полигона, модуль 13 корректировки планов поездной работы на основе данных гибридной модели и блок 14  вывода и доведения плана до исполнителей доводится до исполнителя.
Блок 5 актуализации действующего плана на данный момент расчёта как раз действует для актуализации плана, рассчитанного в день Х, а блок 10 формирования перспективного плана поездной работы на сутки вперед производит расчет на день Х+1, получив результаты из  модуля 9 корректировки действующего плана.
Рост качества планирования происходит за счет: синхронизации формирования планов работы станции и участка, а также за счет применения методов машинного обучения в модулях расчета и  корректировки.
В каждый первый день (этап) двухэтапного планирования в ходе работы имитационных моделей в устройстве 4 формирования гибридной модели станции формируется информация о прогнозируемых временах начала и окончания процессов формирования планов расписаний. При этом, прямая модель в устройстве 4 формирования гибридной модели выдает прогноз раннего времени начала окончания формирования поездов, а обратная модель в устройстве 4 формирования гибридной модели выдает момент позднего времени начала окончания формирования составов.  Данные времена ассоциированы с сортировочным парком и элементами вытяжки-формирования на станции.
Имитация составонакопления моделирует отсечки времени и соответствующие им величины групп вагонов, прибывающих на пути заданного направления.
Устройство 4 формирования гибридной модели станции производит операции по удалению времени прибытия или времени отправления соответствующих поездов из расчетного сценария для прямой или обратной имитационной модели, либо оно меняет порядок роспуска прибывших составов или порядок подачи на вытяжку накопленных составов. Передача информации о согласованных планах работы поступает в этом устройстве на его компьютер АРМ из системы самообучения (на чертеже не показано).
В каждый второй день (этап) двухэтапного планирования используется только прямая модель работы станции. Повышение точности плана второго дня (этапа) обеспечивается за счет повторного расчета плана работы, на базе точной информации о предыдущем дне (этапе).
Таким образом: в начале первого дня (этапа) система выдает план первого дня (этапа) и прогноз второго дня (этапа), а в начале второго дня (этапа) система выдает уточненный план второго дня (этапа) по итогам первого дня (этапа). То есть, вводится двухдневное (двухэтапное) планирование с элементами дополнительного прогнозирования.
Устройство 4 формирования гибридной модели станции аналогично по функционированию всей гибридной модели станции по прототипу и содержит в себе интеллектуальную часть. Однако все алгоритмы в системе по прототипу не имеют памяти своего состояния. Согласование моментов начала роспуска с горки и моментов окончания составобразования, в системе по прототипу, производилось на основе жадного алгоритма, что не всегда приводило к оптимальным решениям. В модуле 9 предлагаемого техническомго решениия применяется система с памятью. Наличие памяти способствует большей надежности в получении оптимальных решений.
Состояние планирующего алгоритма перед началом расчета на второй день (этап), вместе с поездными данными об окончании первого дня (этапа), хранится во встроенной памяти. За счет этого, в случае отклонения от предлагаемого решения на второй день (этап) на значительную величину, появляется возможность возврата к исходным параметрам и пересчета плана работы, начиная от гарантированного уровня.
Актуализированные данные из блока 10 формирования перспективного плана поездной работы на сутки вперед поступают в блок 12 формирования базы данных гибридных моделей для каждой станции полигона, что позволяет планировать оптимальный режим работы не для одной, как в известных системах, а для группы станций, причем, помимо, собственно сортировочных станций, это относится и к станциям, на которых проводится любая сортировочная или грузовая работа.
Дополнительное преимущество предлагаемой системы, по сравнению с прототипом, заключается также и в том, что на основании прогноза состояния системы по путям на конец первых суток (этапа) осуществляется прогноз перспективного расписания взаимодействия с локомотивным депо в части расписания выдачи локомотивов и локомотивных бригад, а также с системами верхнего уровня (системами управления полигоном, которые на чертеже не показаны), через блок 1 формирования актуального поездного положения и модуль 9 корректировки действующего плана системы, путем формирования прогнозного расписания отправления на нитки графика для вторых, третьих и т.д. суток (этапов). При этом, впоследствии, расписание, откорректированное в части работы всего полигона, будет возвращаться как исходные данные для планирования вторых суток (этапа), после окончания первых суток (этапа), в гибридных моделях. Таким образом, система позволяет увязывать гибридную модель планирования на сутки вперед с системами планирования работы полигона с глубиной планирования N суток. Это дополнительно расширяет область применения и повышает эффективность управления работой сортировочных станций.