Система для формирования стратегии планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон с учетом планирования "окон"
SYSTEM FOR THE FORMATION OF A STRATEGY FOR PLANNING THE PASSAGE OF TRAINS THROUGH THE RAILWAY RANGE, TAKING INTO ACCOUNT THE PLANNING OF "WINDOWS"

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано управляющим и оперативным персоналом на железнодорожных полигонах и в центрах управления для формирования стратегии планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон с учетом планирования «окон».
Известна система для формирования стратегии долгосрочного планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон, содержащая блок моделирования, выход которого соединен с входом блока формирования выходных форм, блок анализа и корректировки, блок формирования нормативно-справочной информации первого уровня, блок формирования данных о начальной расстановке первого уровня, блок формирования данных о подходе поездов, блок интеллектуальной обработки информации, блок формирования исходных данных, блок формирования гибридной многомерной модели на макроуровне, 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 расстановке 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 макроуровне, второй вход которого соединен с выходом блока формирования данных о начальной расстановке первого уровня и первым входом блока формирования свойств системных агентов, выход которого соединен с третьим входом блока формирования гибридной многомерной модели на макроуровне, четвертый вход которого соединен с выходом блока формирования исходных данных, а выход блока формирования гибридной многомерной модели на макроуровне 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 макроуровне, 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 расстановке 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 (RU2710673, В61L27/04, 30.12.2019).
Известная система основывается на принципе мультиагентного взаимодействия, на основе которого строит оперативный план пропуска поездов по полигону, при этом не рассматривает оптимизацию работы полигона в процессе выполнения построенного плана. Однако ограничения на работу линии, такие как «окна», обладают переменным характером, их длительность и особенность выполнения на участках приводят к тому, что график становится более динамическим в смысле появления еще одного интеллектуального агента – «окно», который сам по себе является результатом реализации теоретико-игровой и жесткой технологической моделей.
Технический результат заключается в повышении достоверности планирования пропуска проездов через железнодорожный полигон за счет оценки вероятности реализации «окна» и величины его прогнозных параметров, что позволяет увеличить пропускную способность полигона и сократить непроизводительные потери путем рационального использования техники и персонала при ремонтных работах.
Технический результат достигается тем, что система для формирования стратегии долгосрочного планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон с учетом планирования «окон» содержит блок моделирования, выходом подключенный  через блок формирования выходных форм к выходу блока генерации графика движения, а входами/выходами  - к выходам/входам блоков формирования нормативно-справочной информации первого уровня и детальной нормативно-справочной информации, последовательно соединенные блок формирования данных от рельсовых цепей, автоматизированная система  оперативного управления и блок формирование данных о подходе поездов, выход которого подключен непосредственно к первым входам блока моделирования и блока формирования свойств системных агентов, а через последовательно соединенные блок интеллектуальной обработки информации и блок формирования исходных данных -  к первому входу блока формирование гибридной многомерной модели, вторым входом соединенным с выходом блока формирования свойств системных агентов, а выходом – со вторым входом блока моделирования и с входами блоков формирования графиков пропуска поездов, плана составообразования, плана оборота локомотивов и плана оборота  локомотивных бригад, выходы которых подключены соответственно к третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока моделирования, последовательно соединенные блок формирования данных о начальной расстановке поездов первого уровня и блок инициализации системных агентов, выходом соединенный со вторым входом блока формирования свойств системных агентов, блок анализа и корректировки, вход/выход которого подключен к выходу/входу блока формирования нормативно-справочной информации первого уровня, другой вход/выход которого подключен к выходу/входу блока формирования гибридной многомерной модели, а вход – к выходу блока формирования базы данных, и блок интеллектуального планирования «окон», включающий последовательно соединенные блок отбора данных, блок формирования обучающих выборок, блок обработки на основе искусственной нейронной сети и блок формирования прогнозных данных, а также  блок памяти с историей «окон» вход/выход которого подключен к выходу/входу блока формирования обучающих выборок,  и блок проверки ответов и реакций искусственной нейронной сети  блока обработки, при этом  выход блока формирования прогнозных данных подключен ко второму  входу блока формирования графиков пропуска поездов, третьи входы блоков формирования гибридной многомерной модели и свойств системных агентов  соединены с выходом блока формирования данных о начальной расстановке подвижного состава первого уровня, вход/выход которого, а также входы/выходы  блока инициализации системных агентов и блока формирования данных от рельсовых цепей подключены к выходу/входу блока формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации, блок формирования нормативно-справочной информации первого уровня и блок формирования  данных о начальной расстановке поездов первого уровня взаимодействуют с интеллектуальной системой управления, блок формирования данных и блок формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации взаимодействуют с соответствующими причастными службами, а блок отбора выборок – с автоматизированной системой анализа планирования и выполнения окон.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 приведена функциональная схема системы для формирования стратегии долгосрочного планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон с учетом планирования «окон», на фиг. 2 – структурная схема блока интеллектуального планирования «окон».
Система для формирования стратегии долгосрочного планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон с учетом планирование «окон» содержит блок 1 моделирования, выходом подключенный  через блок 2 формирования выходных форм к выходу блока 3 генерации графика движения, а входами/выходами  - к выходам/входам блоков 4 и 5 формирования нормативно-справочной информации первого уровня и детальной нормативно-справочной информации, последовательно соединенные блок 6 формирования данных от рельсовых цепей, автоматизированная система 7 оперативного управления и блок 8 формирование данных о подходе поездов, выход которого подключен непосредственно к первым входам блока 1 моделирования и блока 9 формирования свойств системных агентов, а через последовательно соединенные блок 10 интеллектуальной обработки информации и блок 11 формирования исходных данных -  к первому входу блока 12 формирование  гибридной многомерной модели, вторым входом соединенного с выходом блока 9 формирования свойств системных агентов, а выходом – со вторым входом блока 1 моделирования и с входами блоков 13,  14, 15 и 16 формирования соответственно графиков пропуска поездов, плана составообразования, плана оборота локомотивов и плана оборота  локомотивных бригад, выходы которых подключены соответственно к третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока 1 моделирования, последовательно соединенные блок 17 формирования данных о начальной расстановке поездов первого уровня и блок 18 инициализации системных агентов, выходом соединенный со вторым входом блока 9 формирования свойств системных агентов, блок 19 анализа и корректировки,  вход/выход которого подключен к выходу/входу блока 4 формирования нормативно-справочной информации первого уровня, другим входом/выходом подключенный к выходу/входу блока 12 формирования гибридной многомерной модели, а входом – к выходу блока 20 формирования базы данных, блок 21 интеллектуального планирования «окон», включающий последовательно соединенные блок 22 отбора данных, блок 23 формирования обучающих выборок, блок 24 обработки на основе искусственной нейронной сети и блок 25 формирования прогнозных данных, а также  блок 26 памяти с историей «окон», вход/выход которого подключен к выходу/входу блока 23 формирования обучающих выборок,  и блок 27 проверки ответов и реакций искусственной нейронной сети.
При этом  выход блока 25 формирования прогнозных данных подключен ко второму  входу блока 13 формирования графиков пропуска поездов, третьи входы блоков 12  и 9 соответственно формирования гибридной многомерной модели и свойств системных агентов  соединены с выходом блока 17 формирования данных о начальной расстановке поездов первого уровня, вход/выход которого, а также входы/выходы  блока 18 инициализации системных агентов и блока  6 формирования данных от рельсовых цепей подключены к выходу/входу блока 5 формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации, блок 4 формирования нормативно-справочной информации первого уровня и блок 16 формирования  данных о начальной расстановке поездов первого уровня взаимодействуют с интеллектуальной системой управления (ИСУЖТ), блок 20 формирования данных и блок 5 формирования базы данных детальной нормативно-справочной информации взаимодействуют с соответствующими причастными службами, а блок 22 отбора данных - с автоматизированной системой анализа планирования и выполнения «окон».
Система для формирования стратегии планирования пропуска поездов через железнодорожный полигон с учетом планирования «окон» функционирует следующим образом.
На первом этапе нормативно-справочная информация о полигоне от интеллектуальной системы  управления на железнодорожном транспорте (ИСУЖТ 27) и нормативно-справочная информация от блока 20, формирующего базу данных о наличии существующих ограничений на объектах инфраструктуры и подвижных составах, получаемую  от  смежных информационных систем таких, как АСУТ, ЭТРАН, АСУ МР и др., поступает в блок 4. В блоке 4 производится формирование нормативно-справочной информации (НСИ) первого уровня, включающей нормативно-справочную информацию об инфраструктуре полигона. Возможность ручной корректировки данных НСИ в блоке 4 осуществляют посредством блока 18 анализа и корректировки нормативно-справочной информации о полигоне. Уточненная и откорректированная нормативно-справочная информация о полигоне используется для формирования гибридной многомерной модели в блоке 12 и в блоке 1.
Одновременно из интеллектуальной системы управления информация о начальном положении подвижного состава (поездов, локомотивов) поступает в блок 17 формирования данных о начальной расстановке подвижного состава первого уровня. Блок 17 формирует данные о начальной расстановке подвижного состава на укрупненном полигоне (на границах полигона). Данные о расстановке подвижного состава поступают в блок 18 инициализации системных агентов (агенты: «путь», «вагон», «состав поезда», «локомотив», «бригада», «нитка графика» и т.п.) в качестве начальных условий на заданный момент времени.
Одновременно информация о состоянии рельсовых цепей станций в блоке 6 сопоставляется с информацией о рельсовых цепях из блока 5. Результаты сопоставления  блок 6 передает в автоматизированную систему 7 оперативного управления перевозками (АСОУП2КС). Система 7 в режиме реального времени передает информацию о подходе поездов к станциям полигона (границам полигона) в блок 8. С выхода блока 8 сформированные данные о подходе поездов к границам перегона поступают в блок 10 интеллектуальной обработки информации и в блок 9 формирования свойств системных агентов.
Блок 18 осуществляет инициализацию системных агентов с учетом данных о детальной нормативно-справочной информации, поступающей из блока 5. Информация о сформированных системных агентах блок 18 передает в блок 9 формирования свойств системных агентов, в котором каждый системный агент получает атрибуты в соответствии с информацией о подходе поездов к границам полигона из блока 8 и начальной расстановке поездов из блока 17. Системный агент представляется как экземпляр своего класса с задаваемыми атрибутами.
Обработанные в блоке 10 данные о подходе поездов, сгруппированные по определенным критериям, поступают в блок 11 формирования исходных данных для предстоящего моделирования под формат гибридной мультиагентной модели.
Блок 12 формирования гибридной многомерной модели на макро-уровне осуществляет мультиагентное моделирование по правилам работы сцены модели с участием агентов и их системных свойств от блока 9, исходной информации о подходе поездов от блока 11, данных о начальной расстановке поездов от блока 17 и НСИ первого уровня от блока 4. Модель функционирует по задаваемым целевым функциям и правилам общения агентов между собой и агентов со сценой модели.
В блоке 12 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 планах пропуска заданного грузопотока и пассажиропотока: о графике пропуска поездов, о плане составообразования, о плане оборота локомотивов и о плане оборота локомотивных бригад.
Блок 21 осуществляет динамический прогноз по «окнам» и ремонтным работам и передает его на вход блока 13.
В памяти блока 26  блока 21 интеллектуального планирования «окон» хранится база данных историй, выполненных и невыполненных по различным причинам «окон». Блок 22 производит отбор данных из автоматизированной системы анализа планирования и выполнения окон (АС АПВО) с целью обучения алгоритма. Блок 23 осуществляет формирование целевых обучающих выборок для обучения искусственной нейронной сети (ИНС) блока 24 обработки. Целевые обучающие выборки отвечают на ряд вопросов, например, оценки надежности конкретного «окна», прогноза параметров «окна» по текущему состоянию и задействованию сил на фронтах работ и т.п. ИНС блока 24 формирует решения, которые проверяет на соответствие смыслу и отсутствие формальных ошибок в блоке 27, и в  случае положительного исхода проверки решение передает в блок 25 формирования прогнозных данных для придания формы, совместимой для передачи в блок 13 формирования графиков пропуска поездов.
Блок 13 формирования графиков пропуска поездов, получив из блока 20 информацию об «окнах», а из блока 12 -  информацию о графике пропуска поездов, о плане составообразования, о плане оборота локомотивов и о плане оборота локомотивных бригад, производит балансировку и формирует итоговый вариант пропуска поездов по полигону.
На основании данных блока 12 блок 17 формирует план составообразования, блок 18 – план оборота локомотивов, блок 19 – план оборота локомотивных бригад.
Информация о результатах планирования итоговых графиков пропуска поездов, составообразования, оборота локомотивов и оборота локомотивных бригад соответственно от блоков 13, 14, 15 и 16, а также данные детальной нормативно-справочной информации из блока 5 поступают   блок 1 моделирования.
Блок 1 осуществляет проверку полученной информации 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, блок 1 направляет его 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 в блоке 4 ручным способом посредством блока 18, и расчет повторяется заново.
Результатом являются взаимно сбалансированные точки отправления поездов, оптимальный (или устойчивый компромиссный) вариант пропуска поездов по полигону с учетом занятости фронтов, направлений и станций инфраструктурными работами, т.е. формируется единый операционный план работы направления.
Единый операционный план работы блок 1 моделирования передает в блок 2 формирования выходных форм. Готовые формы поступают из блока 2 в блок 3 генерации графика движения поездов. На основании разработанного единого операционного плана работы в блоке 3 происходит автоматизированное построение графика движения поездов и дальнейшая передача его на исполнение.
Таким образом, предлагаемое изобретение за счет оценки вероятности реализации «окна» и величины его прогнозных параметров позволяет увеличить пропускную способность полигона и сократить непроизводительные потери путем рационального использования техники и персонала при ремонтных работах.