Система для гибридного управления работой сортировочных станций с функцией поддержки принятия решений о порядке роспуска составов
SYSTEM FOR HYBRID CONTROL OF MARSHALLING YARDS OPERATION WITH DECISION SUPPORT FUNCTION ON PROCEDURE FOR TRAINS CLASSIFICATION

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, содержащая автоматизированное рабочее место ответственного работника дирекции управления движением, включающее процессор с блоком ввода/вывода и монитором, блок памяти, вход/выход которого подключены к соответствующим выходу/входу процессора, первый выход которого соединен с входом блока обработки и формирования выходных данных, выходом соединенного с другим входом монитора, блок моделирования работы сортировочных станций, включающий последовательно соединенные блок расчета вариантов разложения поездов, блок выбора последовательности расформирования составов, блок выбора последовательности накопления вагонов и блок моделирования отправления сформированных поездов, выход которого соединен с первым входом процессора, а также блок расчета показателей работы сортировочных и грузовых станций за прошедший период, вход которого соединен с первым выходом процессора, а выход - с первым входом блока расчета вариантов разложения поездов, блок формирования плановых показателей работы сортировочных и грузовых станций, вход которого соединен со вторым выходом процессора, а выход - со вторым входом блока расчета вариантов разложения поездов, блок формирования актуального плана формирования, вход которого соединен с третьим выходом процессора, а выход - с блоком анализа вариантов последовательности расформирования поездов, блок формирования усредненных вагонопотоков сортировочных станций, вход которого соединен с четвертым выходом процессора, а выход - с входом блока выбора последовательности накопления вагонов, при этом другие входы/выходы процессора соединены через сервер по сети передачи данных с соответствующими выходами/входами аппаратно-программных устройств автоматизированной системы управления сортированными и грузовыми станциями, автоматизированной системы оперативного управления перевозками и автоматизированного диспетчерского центра, а также с выходами/входами первого и второго блоков сопряжения, входы первых блоков сопряжения подключены к установленным на путях сортировочных станций направления датчикам подхода грузовых поездов, а входы/выходы вторых - к выходам/входам аппаратно-программных устройств центров комплексного диагностического контроля технического состояния подвижного состава движущих поездов (RU2500558, B61B 1/00, 10.12.2013).
Система для управления работой сортировочных станций направления железнодорожной сети позволяет осуществлять управление работой сортировочных станций, во взаимодействии с работой направления железнодорожной сети, на этапах месячного, декадного, сменно-суточного планирования и управления, проверку выполнения плана с помощью моделирования переработки вагоно потоков на сортировочных станциях и движения поездов по участкам направления, согласование показателей сменно-суточных планов работы в границах направления и выработки оптимальных управляющих решений.
Однако данная система не обладает функционалом для построения эталонных технологических процессов работы станции с учетом вариантности развития.
В качестве прототипа принята 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 (RU2671790, 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.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей системы и повышении эффективности управления сортировочными станциями.
Технический результат достигается тем, что в систему для гибридного управления работой сортировочных станций с функцией поддержки принятия решений о порядке роспуска составов, содержащую 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, 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, согласно изобретению введен 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.
На чертеже приведена функциональная схема системы для гибридного управления работой сортировочных станций с функцией поддержки принятия решений о порядке роспуска составов.
Система для гибридного управления работой сортировочных станций с функцией поддержки принятия решений о порядке роспуска составов содержит компьютер 1 автоматизированного рабочего места, включающий процессор 2 с подключенными к нему блоком 3 ввода/вывода данных, монитором 4, блоком 5 памяти и блоком 6 обработки и формирования выходных данных, выход которого соединен со вторым входом монитора 4, дополнительный вход/выход процессора 2 подключен к первому выходу/входу сервера 7, второй выход/вход которого по сети 8 передачи данных соединен с соответствующими входами/выходами аппаратно-программных устройств автоматизированной системы управления сортировочными 9 и грузовыми 10 станциями, автоматизированной системы 11 оперативного управления перевозками и автоматизированного диспетчерского центра 12 управления, первого и второго блоков 13 и 14 сопряжения, при этом входы первого блока 13 сопряжения подключены к установленным на путях сортировочных станций инфраструктурным датчикам 15 подхода поездов, а входы второго блока 14 сопряжения соединены с аппаратно-программными устройствами 16 центров комплексного диагностического контроля технического состояния подвижного состава движущих поездов (ИЦ КДК), при этом третий выход/вход сервера 7 соединен с входом/выходом блока 17 формирования процессных моделей на основе искусственной нейронной сети с функцией обучения, к которому подключены четыре блока памяти 18, 19, 20 и 21, при этом в первом блоке 18 памяти записана база данных процессных моделей, во втором блоке 19 памяти записана база данных внешних технологических процессов, в третьем блоке 20 памяти записана база технико-распорядительных актов и схем и в четвертом  блоке 21 памяти записана база данных событийных ретроспективных моделей работы станции, первый, второй и третий выходы блока 22 согласования соединены соответственно со входом процессора 2, со вторым входом блока 6 обработки и формирования выходных данных и с первым входом модуля 23 формирования данных фактического выполнения работы, подключенного к блоку 24 памяти, в котором записана база данных реальной работы станции по часам, и к которому подключены  блок 25 задания точки отправления, блок 26 регистрации данных, соединенный с выходом   инфраструктурных датчиков 15 подхода поездов, и модуль 27 анализа данных, первый вход которого соединен с первым выходом процессора 2, второй выход которого подключен ко второму входу модуля 23 формирования данных фактического выполнения работы, третий вход которого подключен к блоку 26 регистрации данных, соединенному с сетью 8 передачи данных, первый выход модуля 27 анализа данных через блок 28 системы самообучения соединен с первым входом блока 29 имитационной модели, ко второму входу которого подключен выход интеллектуального блока 30 обработки информации о подходе роспуска, соединенного с блоком 24 памяти, в котором записана база данных реальной работы станции по часам, а к выходу блока 29 имитационной модели подключен блок 31 имитации составонакопления,  второй вход модуля 27 анализа данных подключен к четвертому выходу блока  22 согласования, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно со входом блока 32 корректировки прямой имитационной модели, выход которого соединен с третьим входом блока имитационной модели, и со входом блока 33 корректировки обратной имитационной модели, выход которого соединен с блоком 31 имитации составонакопления, вход/выход которого соединен с выходом/входом блока 22 согласования, блок 34 формирования расписания отправления через  блок 25 задания точки отправления соединен со входом блока 35 обратной имитационной модели, выход которого соединен с входом блока 22 согласования, другие входы блока 35 обратной имитационной модели соединены соответственно с выходами блока 28 системы самообучения, блока 36 формирования расписания выдачи локомотивов и блока 37 формирования расписания явки локомотивных бригад, соединенного с блоком 38 памяти, в котором записана база данных нормативно-справочной информации и к которому подключены блок 34  формирования расписания отправления и блок 36 формирования расписания выдачи локомотивов.
Система для гибридного управления работой сортировочных станций с функцией поддержки принятия решений о порядке роспуска составов функционирует следующим образом.
Система использует данные информационной системы, которая на локальном (узловом) уровне обеспечивает выполнение в автоматизированном режиме следующих функций:
- прогноз вагонопотоков для сортировочной станции на планируемый период;
- планирование объемов переработки вагонопотоков на сортировочной станции железной дороги с учетом пропуска транзитных поездов на основе актуального плана формирования;
- планирование отправления поездов с сортировочной станции на основе актуального графика во взаимодействии с дорогой.
На полигонном уровне в автоматизированном режиме предлагаемая система осуществляет:
- согласование работы сортировочных станций железных дорог в границах направления на планируемый период;
- оценку плана работы сортировочной станции во взаимодействии с работой железнодорожного направления на планируемый период;
- формирование и выдача заданий сортировочным станциям направления на планируемый период.
Нормативно-технологической основой работы сортировочной станции направления являются:
- типовой технологический процесс работы сортировочной станции;
- актуальный план формирования поездов для направления на планируемый период;
- актуальный нормативный (вариантный) график отправления поездов со станции на направление на планируемый период;
- технические нормы эксплуатационной работы станции и направления.
Для взаимодействия сортировочных станций направления железнодорожной сети проводят анализ работы сортировочной станции за прошедший учетный период; осуществляют планирование на основе маркетингового прогноза плана погрузки сети и дорог направления на учетный период; прогнозирование (планирование) погрузки подвижным составом по родам, собственникам и др. на планируемый период; осуществляют контроль фактического составообразования на сортировочных станциях, с учетом которого корректируют модель подхода поездов с вагонами по категориям с различных направлений на прогнозируемый период.
Управление работой сортировочных станций выполняют в три этапа.
На первом этапе осуществляют предварительное планирование (прогнозирование) работы сортировочной станции направления на месячный период на сетевом уровне с разработкой директив для железных дорог в границах направления на месяц (по декадам).
На втором этапе осуществляют уточнение предварительного месячного плана работы сортировочных станций на сетевом уровне на декадный период с разработкой директив для железных дорог в границах направления на декаду (по суткам).
На третьем этапе решают задачу детализированного планирования работы сортировочных станций на дорожном уровне на смену и сутки с последующим согласованием показателей сменно-суточных планов работы станций, а в случае необходимости и железных дорог в границах направления на сетевом уровне.
Ответственный работник дирекции управления движением со своего компьютера 1 автоматизированного рабочего места (АРМ) запрашивает из аппаратно-программных устройств  автоматизированной системы управления сортировочных 9 (АСУ 9 СС) и 10 грузовых (АСУ 10 ГС) станций информацию о типовых и фактических технологических процессах работы сортировочных и грузовых станций. Эта информация передается по сети 8 передачи данных в сервер 7, который передает ее в процессор 2. Процессор 2 осуществляет обработку информационных данных по каждой станции направления и записывает ее в блок 5 памяти. Кроме того, в блоке 5 памяти хранится информация актуального плана формирования поездов и актуального нормативного графика движения поездов для станций и участков направления на планируемый период, а также технические нормы эксплуатационной работы направления.
Блок 6 обработки и формирования выходных данных осуществляет соответствующую обработку и преобразование информации из блока 5 памяти для ее визуального представления на экране монитора 4 в табличном и/или графическом виде.
Информация о фактическом разложении вагонов в движущихся поездах и об их техническом состояние поступает с аппаратно-программных устройств 16 центров комплексного диагностического контроля технического состояния подвижного состава движущих поездов. В них данные об идентификации вагона и его техническом состоянии поступают при проходе поезда от устройства безопасности, размещенного на локомотиве, и соответствующих датчиков, установленных на путях следования поезда.
Информация о разложении состава поезда поступает из автоматизированной системы 11 оперативного управления перевозками (АСОУП), а о характеристике и текущем состоянии перегонов и станций направления – из автоматизированного диспетчерского центра 12 управления (АДЦУ).
При подходе поезда к входному светофору станции, датчики 15 подхода поездов, представляющие собой датчики счета осей, определяют количество осей и тип вагонов поезда, по которому идентифицируется поезд. Соответствующая информация через первый блок 13 сопряжения, посредством сети 8 передачи данных, передается в автоматизированную систему 11 оперативного управления перевозками и учитывается при оперативном планировании подачи поездов на сортировочную горку и расформировании составов поездов.
Результаты моделирования прогнозов переработки вагонов на сортировочных станциях поступают в процессор 2, который передает их для хранения в блок 5 памяти, а также в блок 6, который осуществляет соответствующую обработку и преобразование информации для ее визуального представления на экране монитора 4.
Для наглядности выходную информацию представляют на мониторе 4 в виде графиков, например, почасового отправления поездов с сортировочных станций, гистограмм отправления вагонов в поездах, таблиц времени нахождения вагонов на сортировочных станций и др.
Система обеспечивает автоматическое получение высоко детализированного и наиболее близкого к оптимальному технологического процесса работы станции, а также автоматическую его актуализацию. При этом технологический процесс получается в формализованном виде, готовым для представления как человеку (в бумажном варианте, доступном для чтения), так и для машинной обработки (в виде технологических цепочек, записанных в виде блоков машинного кода).
Для формирования процессных моделей из процессора 2 информация поступает в блок 17 формирования процессных моделей на основе искусственной нейронной сети с функцией обучения, где происходит ее разложение по компонентам и построение на их основе ключевых элементов процессной модели. Также в блок 17 поступает информация из блока 18 памяти, в котором записана база данных процессных моделей, из блока 19 памяти, в котором записана база данных внешних технологических процессов, из блока 20 памяти, в котором записана база технико-распорядительных актов и схем и из  блока 21 памяти, в котором записана база данных событийных ретроспективных моделей работы станции.
Блок 17 формирования процессных моделей функционирует следующим образом. Из базы процессных моделей поступает набор технологических операций (множество операций), из которого выстраивается технологическая цепочка, на основании данных из блоков памяти 18 и 19.
Для созданной цепочки производится инициализация параметров. Статистику для оценки таких параметров получают из блока 21 памяти, в котором записана база данных событийных ретроспективных моделей работы станции. На ее основе искусственная нейронная сеть (ИНС) блока подбирает коэффициенты для конкретной рассматриваемой схемы, основываясь на минимальной ошибке обучения ИНС.
В блоке 17 происходит минимизация функционала ошибки в процессе выстраивания зависимостей между информацией из блока 17 и информацией из блоков 18, 19 и 20. Полученный результат используется для формирования процессных моделей и записывается в блок 18 памяти. Из блока 18 памяти данные о процессных моделях поступают в процессор 2 компьютера 1 АРМ технолога станции, где эти данные записываются в блок 5 памяти. Процессные модели используются для управления работой сортировочных станций. Информация о них поступает из блока 17 по сети 8 передачи данных при запросе оператором со своего компьютера 1 АРМ.
Для повышения эффективности в управлении работой станции в предлагаемой системе дополнительно информация о проследовании поездами отдельных точек (САИПС, границы станций и т.п.), поступающая от соответствующих инфраструктурных датчиков 15 подхода поездов по каналам связи автоматически заносится в блок 24 памяти, в котором записана база данных реальной работы станции по часам. При этом информация от инфраструктурных датчиков поступает в блок 26 регистрации данных, в котором происходит первичная очистка сигналов от шумов, исключение заведомо неправильных показаний и т.п.
Из базы данных блока 24 эта информация передается в интеллектуальный блок 30 обработки информации о подходе роспуска, также работающий на основе искусственной нейронной сети (ИНС), результаты работы которой передаются в блок 29 имитационной модели (прием-роспуск) в виде прогноза прибытия («прямая модель»).
Тем временем, информация из блока 38 памяти, в котором записана база данных нормативно-справочной информации (например, времена хода по перегонам, время на разгон и замедлением и т.п.), передаётся в блок 34  формирования расписания отправления, в блок 36 формирования расписания выдачи локомотивов и в блок 37 формирования расписания явки локомотивных бригад. Эта информация необходима для инициализации блоком 35 обратной имитационной модели. Обратная имитационная модель из блока 25 принимает на вход данные планового отправления поездов, списки локомотивных бригад и локомотивов, обкатанных на данные направления и имеющиеся в распоряжении дежурного по локомотивному депо.
В ходе работы блока 35 обратной имитационной модели выдается информация о прогнозируемом позднем времени начала процесса окончания формирования. Таким образом, прямая модель выдает прогноз раннего времени начала окончания формирования поездов, а обратная - момент позднего времени начала окончания формирования. Данные времена ассоциированы с сортировочным парком и элементами вытяжки-формирования на станции.
Блок 31 имитации составонакопления моделирует отсечки времени и соответствующие им величины групп вагонов, прибывающие на пути заданного направления. Если решение, которое выдает данный блок противоречит работе прямой и обратной имитационных моделей, то из блока согласования 22 в блок 31 поступает корректный сценарий накопления вагонов.
Блоки 32 корректировки прямой модели и 33 корректировки обратной модели функционируют следующим образом: на основании показаний блока 22 согласования блоки 32 и 33 производят операции по удалению времени прибытия или времени отправления соответствующих поездов из расчетного сценария для прямой или обратной имитационной модели, либо меняют порядок роспуска прибывших или порядок подачи на вытяжку накопленных составов.
Информация о моментах времени начала окончания формирования поступают из блоков 29 и 35 в блок 22 согласования,  в котором производится согласование работы обеих моделей между собой, с передачей информации о согласованных планах работы на компьютер 1 АРМ. Рассчитанный план работы, с учетом принятых в блоке 22 согласования управляющих решений, по смене порядка роспуска составов или по смене направления отправления конкретного поезда поступает для проверки в модуль 27 анализа данных и далее в блок 28 системы самообучения через модуль 23 формирования данных, который форматирует результат работы блока 22 для дальнейшей обработки в блоках 27 и 28.
Система самообучения в течение времени работы моделей подстраивает параметры прямой имитационной модели.
Таким образом, по сравнению с прототипом предложенная система для управления работой сортировочных станций за счет гибридной модели управления, состоящей из прямой и обратной имитационных моделей, обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышает эффективность управления сортировочными станциями.