Железнодорожная линия – совокупность перегонов, станций и других раздельных пунктов, оснащенных соответствующими техническими средствами для осуществления перевозок.
Пропускной способностью железнодорожной линии называется наибольшее число поездов или пар поездов установленной массы, которое может быть пропущено в единицу времени (сутки, час) в зависимости от имеющихся постоянных технических средств, типа и мощности подвижного состава и принятых методов организации движения поездов (типа графика). Различают наличную пропускную способность, т.е. ту, которой обладает линия в настоящее время, и потребную, необходимую для заданных размеров движения.
Станции являются основными предприятиями транспорта. В зависимости от основного назначения различают три вида пассажирских станций: обслуживающие дальнее, местное и пригородное движение; головные, обслуживающие только пригородное движение, и зонные на пригородных участках, включая пересадочные станции в пунктах слияния или пересечения с линиями метрополитена.
Железнодорожный путь – это комплекс инженерных сооружений, предназначенный для пропуска по нему поездов с установленной скоростью.
Переход подвижного состава с одного пути на другой обеспечивают устройства по соединению и пересечению путей, относящиеся к их верхнему строению. Соединение путей друг с другом осуществляют стрелочными переводами, а пересечение путей – глухими пересечениями.
Для высокоскоростного движения необходима отдельная изолированная инфраструктура, по которой не осуществляется грузовое движение, нет пересечений с автомобильными дорогами (переездов), обеспечено соответствующее удаление от прилегающих к путям строений и искусственных сооружений, а также иные технические условия.
Одним из основных условий обеспечения безопасности движения поездов является наличие тормозных средств, достаточных для остановки поезда на расстоянии, равном длине тормозного пути, при следовании с наибольшей допустимой скоростью по руководящему спуску в случае возникновения препятствия для движения. Руководящим называется наибольший по крутизне спуск (с учетом сопротивления в кривых) протяженностью не менее тормозного пути. Тормозной путь в зависимости от руководящего спуска и допустимой максимальной скорости движения принимается равным 1000, 1200, 1300, 1500, 1600 и 1700 м.
Средства сигнализации, централизации и блокировки (СБЦ)
Средства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) – это устройства автоматики телемеханики на железнодорожном транспорте.
Классификация сигналов
Значения сигнальных показаний установлены Инструкцией по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации (ИСИ)
Рисунок 1.1 – Классификация сигналов
Светофоры в зависимости от назначения подразделяются на:
входные – ограждающие станции со стороны прилегающих перегонов и разрешающие или запрещающие поезду следовать на станцию;
выходные – разрешающие или запрещающие поезду отправляться со станции на перегон;
проходные, расположенные на перегоне – разрешающие или запрещающие поезду следовать на ограждаемые ими участки;
маршрутные – разрешающие или запрещающие поезду следовать из одного района станции в другой;
сигналы прикрытия, ограждающие места одноуровневых пересечений железных дорог с другими железными дорогами, трамвайными путями и троллейбусными линиями, а также разводные мосты.
Кроме того, бывают светофоры предупредительные, маневровые, горочные, заградительные, повторительные и локомотивные.
Основными сигнальными цветами на железнодорожном транспорте являются красный, желтый и зеленый (возможны их сочетания). Красный огонь принят в качестве сигнала остановки, желтый разрешает движение, но требует снижения скорости, зеленый разрешает движение с установленной скоростью.
Также применяют синий, лунно-белый, прозрачно-белый и молочно-белый сигнальные огни. Синий огонь используют как запрещающий на маневровых светофорах, а лунно-белый – как разрешающий маневровый и пригласительный на входных, выходных и маршрутных светофорах. Прозрачно-белый огонь применяют в ручных фонарях, поездных сигналах, указателях гидроколонок, светящихся указателях перегрева букс и др., тогда как молочно-белый – в указателях путевого заграждения и стрелочных указателях.
Поездными сигналами являются фонари с прозрачно-белыми, красными и желтыми огнями, красные и желтые флаги, а также красные диски. Эти сигналы служат для обозначения головы и хвоста поезда и других подвижных единиц. По числу, цвету и расположению сигналов в голове и хвосте поезда можно в любое время суток определить, по какому пути и как следует поезд – локомотивом или вагонами вперед.
Автоматическая блокировка
Автоблокировка (АБ) является основной системой регулирования движения поездов на одно- и двухпутных линиях магистральных железных дорог.
При использовании автоблокировки межстанционный перегон разделен на блок-участки длиной 1,0...2,6 км. Каждый блок-участок огражден проходным светофором. Сигнальные показания светофоров сменяются автоматически при движении поезда по перегону. Исключением являются выходные и входные светофоры: ими управляют дежурные по станциям.
Автоблокировка бывает двух-, трех- и четырехзначной. На магистральных железных дорогах применяют трех- и четырехзначную АБ. При использовании трехзначной АБ между движущимися поездами должно быть не менее трех свободных блок-участков. Желтый огонь светофора показывает, что на стоящем впереди светофоре горит красный огонь, перед которым машинист должен остановить поезд. Зеленый огонь показывает, что впереди свободны как минимум два блок-участка и можно двигаться с установленной скоростью. В случае применения четырехзначной АБ на каждом проходном светофоре добавляется сигнальное показание в виде одновременно горящих желтого и зеленого огней. Это позволяет обеспечить минимальный интервал попутного следования поездов с любой скоростью.
АБ позволяет организовать движение поездов в попутном направлении с интервалом 8 мин, а на пригородных участках – с интервалом 3...4 мин.
Устройства диспетчерского контроля за движением поездов
Устройства диспетчерского контроля за движением поездов (ДК) применяют на участках, оборудованных АБ, для передачи информации поездному диспетчеру об установленном направлении движения (на участках однопутной блокировки), о занятости блок-участков, главных и приемоотправочных путей промежуточных станций, показаниях входных и выходных светофоров.
Кроме того, устройства ДК дают возможность дежурным промежуточных станций следить за движением поездов на прилегающих перегонах, а также получать информацию о повреждениях перегонных устройств АБ и переездной сигнализации на этих перегонах.
На железных дорогах применяют систему частотного диспетчерского контроля (ЧДК). Она включает в себя устройства телеконтроля, информирующие о состоянии перегонов в пределах диспетчерского круга. С перегонов информация о состоянии контролируемых объектов по специально выделенным проводам сначала передается на промежуточные станции, а затем по цепи ДК поступает на центральный диспетчерский пункт.
Контрольная информация отправляется с каждой перегонной установки в виде определенного частотного кода, и на табло дежурного по промежуточной станции включается соответствующая контрольная лампочка. Частотные сигналы, принятые на диспетчерском пункте, усиливаются, расшифровываются, и определяются станции, с которых они поступили, и состояние контролируемого объекта.
Сигнальная индикация состояния контролируемых объектов в системе ЧДК высвечивается на табло, где показываются все блок-участки перегона, главные и приемоотправочные пути промежуточных станций, все входные и выходные светофоры.
Дальность действия системы, определяемая видом линии связи, составляет для кабельных линий 180 км, а для воздушных – 300 км. При использовании каналов высокочастотной связи дальность действия ДК практически неограниченна.
График движения поездов
График движения является основным нормативно-технологическим документом, регламентирующим работу всех подразделений по организации движения поездов. График движения выражает план всей эксплуатационной работы железных дорог.
Движение поездов строго по графику достигается точным соблюдением технологических процессов работы станций, локомотивных и вагонных депо, тяговых подстанций, пунктов технического обслуживания, дистанций пути и других подразделений железных дорог, связанных с движением поездов. Объединяя и координируя работу этих подразделений, график движения позволяет им действовать согласованно.
На основе графика составляют расписание движения поездов, в котором указывают время прибытия, отправления и проследования поездов для каждого раздельного пункта.
Ход поезда изображается на графике в виде движения точки в системе координат, где по оси абсцисс откладывается время суток от 0 до 24 ч, а по оси ординат – пройденное расстояние. Таким образом, график движения выражает зависимость t =f(S), где S — путь, пройденный поездом; t — время его хода. След движения точки условно принимают за прямую, соединяющую точки отправления и прибытия поезда, соответствующие смежным раздельным пунктам, исходя из того, что поезд следует по перегону с постоянной скоростью. Угол наклона прямой к горизонтали характеризует скорость движения поезда. Фактически же эта скорость изменяется, причем особенно существенно при замедлении поезда перед остановкой и разгоне после отправления (см. штриховую кривую на Рисунок 1.2).
|
Фрагмент графика движения поездов:
А-В – обозначения раздельных пунктов;
0,1 на оси абсцисс – время (часы);
цифры на осях раздельных пунктов – время прибытия, отправления или проследования поезда (число минут сверх целого десятка);
числа над наклонными прямыми – условные номера поездов;
штриховая кривая в левом нижнем углу – реальный графи движения поезда с учетом изменения его скорости
|
Рисунок 1.2 – Фрагмент графика движения поездов
Для составления графика должны быть известны его основные элементы:
время хода поездов различных категорий по перегонам;
продолжительность стоянки поездов на станциях для выполнения технических, грузовых и пассажирских операций;
станционные интервалы – минимальные промежутки времени, необходимые для выполнения операций на раздельных пунктах по приему, отправлению и пропуску поездов;
интервалы между поездами в пакете;
время нахождения локомотивов на станциях локомотивного депо и в пунктах оборота.
График обычно строят на стандартной сетке с масштабом времени 4 мм – 10 мин и масштабом расстояний 2 мм – 1 км. На сетке каждый час разделен вертикальными линиями на шесть 10-минутных интервалов, при этом получасовые деления отмечают штриховой прямой. Горизонтальными линиями обозначают оси раздельных пунктов.
Линии движения нечетных поездов наносят сверху вниз, а четных – снизу вверх. В точках пересечения этих линий с осями раздельных пунктов (в тупых углах) проставляют время прибытия, отправления или проследования поездов, – цифру, указывающую число минут сверх целого десятка.
В зависимости от скорости движения поездов различают параллельные и непараллельные (нормальные) графики. При параллельных графиках поезда каждого направления следуют с одинаковой скоростью, поэтому линии их хода параллельны друг другу. В обычных условиях эксплуатации движение происходит по нормальным графикам, так как пассажирские и грузовые поезда движутся с разными скоростями.
По числу главных путей на перегонах графики подразделяют на однопутные и двухпутные (Рисунок 1.3). В первом случае главный путь используется для движения в обоих направлениях и скрещение поездов может происходить только на станциях и разъездах, во втором случае – как на перегонах, так и на станциях.
|
|
Однопутный график движения поездов:
А-Г – обозначения раздельных пунктов;
0, 1, 2 – врем (часы);
числа над наклонными прямыми – условные номера поездов.
|
Двухпутный график движения поездов:
А-Г – обозначения раздельных пунктов;
0, 1, 2 – врем (часы);
числа над наклонными прямыми – условные номера поездов.
|
Рисунок 1.3 – Однопутный и двухпутный график движения поездов
По соотношению числа поездов в четном и нечетном направлениях различают парные графики, когда это число одинаковое, и непарные — в противном случае.
В зависимости от расположения поездов попутного следования графики могут быть пачечные, пакетные и частично пакетные.
При пачечном графике поезда движутся друг за другом с разграничением межстанционным перегоном. Это означает, что нельзя отправить на перегон поезд, пока ранее отправленный не прибыл на следующую станцию, т.е. на перегоне может находиться только один поезд.
При пакетном графике поезда следуют пакетами с разграничением в них поездов временем или блок-участками. В этом случае на перегоне между станциями одновременно могут находиться несколько попутных поездов, образующих пакет. Такие графики применяют при использовании автоблокировки.
При частично пакетных графиках часть поездов движется одиночно, а часть – пакетами.
Анализ возможности применения мультиагентного подхода для адаптивного планирования и динамического управления расписанием для минимизации отклонения от графика высокоскоростного железнодорожного транспорта
Одной из центральных задач РЖД является эффективная организация процесса распределения, планирования и оптимизации производственных, технологических, ремонтных, кадровых, финансовых и других ресурсов в реальном времени.
Переход к реальному времени в управлении ресурсами позволяет значительно повысить эффективность работы, обеспечить прозрачность, согласованность и слаженность работы всех звеньев цепи крупной корпорации, дает новые возможности для оптимизации и контроля, быстрой реакции на непредвиденные события (террористические атаки) и т.д.
Сложность решения этой задачи обусловлена наличием множества участников с зачастую конфликтными интересами, разнообразием критериев принятия решений, тесными взаимосвязями между отдельными подразделениями и этапами решения задач, неопределенностью и динамикой процессов и рядом других факторов.
Успешное решение этой задачи может помочь существенно снизить затраты, повысить качество обслуживания клиентов, сократить сроки реализации заказов, уменьшить риски и объемы штрафных санкций, повысить безопасность транспорта.
Примером применения может служить планирование поездов на определенном направление, с приоритезацией движения высокоскоростных поездов с учетом как заранее запланированных событий - ремонт путей, так и быстрое перепланирование в случае непредвиденных событий (поломка состава, задержка впереди идущего поезда).
Для решения данной задачи предлагается создание распределенной мультиагентной системы управления ресурсами предприятия, построенной как сеть динамических планировщиков производственных, транспортных и возможно других сервисных подразделений компании, необходимых для планирования самих перевозок, а также сопутствующих ресурсов обслуживания железной дороги.
При этом каждое подразделение, вовлеченное в цепь выполнения заказов будет иметь типовой планировщик созданный на базе мультиагентной платформы что обеспечит возможность согласованного взаимодействия на одной шине динамического планировщика движения совместно, например, с динамическим планировщиком ремонтных работ, а также сделает работу каждого подразделения прозрачной и адаптивной для партнеров в цепи реализации заказов и выполнения работ. Эти планировщики будут представлять собой распределенное решение в сервисной архитектуре (SOA), интегрируясь с базами данных (БД) отдельных подразделений предприятия (Рисунок 1.4).
Рисунок 1.4 - Архитектура мультиагентной системы управления предприятия
Каждый такой динамический планировщик, построенный с применением мультиагентных технологий, позволит подразделениям корпорации вести оперативное планирование своих работ в реальном времени и автоматически выстраивать или корректировать расписание использования ресурсов, а также непрерывно оптимизировать ход работ с учетом географии и местоположения ресурсов, особенностей выполнения заказов и т.д.
В свою очередь, каждый планировщик реального времени может быть интегрирован с существующими базами данных и имеющимися платформами отечественного или зарубежного производства (SAP, Oracle, etc).
Из формируемых частных и сводного планов в любой момент времени для любого подразделения (участника) будет ясно, где, когда и какие работы планируется осуществлять, на каком оборудовании, и какие ресурсы и материалы, к какому сроку и в каком объеме, потребуются для их выполнения.
Для согласования этих сроков динамические планировщики через общую шину предприятия получат возможность вести переговоры и договариваться о предоставлении сервисов и поставках ресурсов, при необходимости вовлекая сотрудников подразделений, в том числе, через их сотовые телефоны.
Однако для решения сложных задач такого рода требуется существенное развитие разработанного ранее подхода и переход на новый более сложный уровень к сетецентрическим системам, когда уже строится не одна, а много подобных систем и обеспечивается согласованное взаимодействие между ними.
Развитие данного подхода для решения сложных задач управления ресурсами в реальном времени позволит создать и на практике исследовать новый класс интеллектуальных систем, а также обеспечить возможность решения сложных задач, которые решались плохо или не решались вовсе в существующих математических подходах – и в результате добиться большей продуктивности и эффективности, гибкости и оперативности, производительности и живучести создаваемых систем, находящих все большее применение в самых разных сферах.
Перечислим основные преимущества мультиагентного подхода к планированию:
процесс планирования может начинаться с любой стороны и инициироваться от любых внешних или внутренних событий;
процесс планирования настраивается критериями принятия решений, которые устанавливает и гибко меняет пользователь, причем в ходе работы системы;
планирование является ситуативным, т.е. формируется и используется модель ситуации с учетом множества деталей (сцена);
планирование осуществляется гибко и оперативно, поскольку в основном пересматриваются лишь части расписания;
учитывается сетевая взаимозависимость между элементами динамического расписания (все связано со всем), все аспекты которой очень трудно, а иногда и просто невозможно проследить одному человеку при наличии сотен и тысяч связанных операций в согласованном расписании;
решение строится более сбалансированным, имеется возможность разрешать конфликты и находить компромиссы по ряду критериев, причем «эластичность» компромиссов регулируется пользователем;
возможна непрерывная проактивная оптимизация использования ресурсов, когда агенты продолжают искать лучшие решения, если имеется запас времени;
рассчитывается и используется индивидуальная микроэкономика каждого груза и каждого полета для оценки эффективности его исполнения;
обеспечивается наглядность и прозрачность процесса принятия решений для всех участников взаимодействия;
решение в виде наилучшего возможного согласованного расписания ищется не предопределенным и последовательным образом, как результат работы жесткого алгоритма, а исходя из сложившейся ситуации и отталкиваясь от «интересов» наиболее важных заказов или наиболее занятых ресурсов;
изменению подвергается только та часть расписания, которая непосредственно связана с событием, остальные части не затрагиваются и не меняются;
пользователь может в любой момент «заморозить» изменения в выбранной части расписания;
знания, необходимые для принятия решений по планированию формализуются и «извлекаются» из специалистов, и в результате становятся объективными, уменьшая роль человеческого фактора и вероятность ошибок;
знания в онтологии, отделенные от программного кода системы могут пополняться и/или модифицироваться специалистами в определенных пределах без привлечения программистов;
система может быть использована как моделирующая система для поиска альтернативных вариантов;
система может использоваться в режиме тренажера для обучения;
система позволяет накапливать и вести аудит принятых решений по каждому потребности или возможности.
Указанные преимущества позволят автоматизировать процессы согласованного принятия решения для оперативного управления ресурсам с учетом реальных жизненных требований.
Выводы и предложения по результатам проведенных анализа и исследований
В данном подразделе описана предметная область объекта исследования, выдвинуто предложение по решению задачи достижения цели НИР.
Для создания интеллектуальной системы согласованного адаптивного планирования и связанного изменения планов движения поездов с целью минимизации отклонения высокоскоростных поездов класса «Сапсан» от графика движения под влиянием непредвиденных внешних событий предлагается использовать сетецентрическую систему, состоящую из нескольких структурно разделенных мультиагентных планировщиков как отдельных подсистем.
При этом, можно считать, что основной элемент новой сетецентрической парадигмы управления ресурсами состоит в том, что необходимо сотрудничество и информационный обмен между подсистемами. Некоторая информация, собранная и консолидированная в одной подсистеме, может быть использована в других.
Ключевой технологией для обеспечения широкого обмен информации между подсистемами должна стать мультиагентная платформа и сервис ориентированная архитектура (SOA).
Анализ задачи адаптивного планирования и динамического управления расписанием для минимизации отклонения от графика высокоскоростного железнодорожного транспорта
В рамках выполнения НИР аналитиками компании исполнителя были проведены работы по анализу задачи адаптивного планирования и динамического управления расписанием для минимизации отклонения от графика высокоскоростного железнодорожного транспорта. Результаты анализа вошли в отчетные материалы подраздела 1.2 «Теоретические исследования и анализ задачи управления пассажирскими перевозками, а также управления высокоскоростным транспортом», а также подраздела 1.5 «Разработка программного мультиагентного подхода к построению процессов управления ЖД ресурсами».
Анализ современного состояния методов и средств динамического планирования подвижных объектов применительно к инфраструктуре РЖД в реальном времени
В рамках выполнения НИР аналитиками компании исполнителя были проведены работы по анализу современного состояния методов и средств динамического планирования подвижных объектов применительно к инфраструктуре РЖД в реальном времени. Результаты анализа вошли в отчетные материалы подраздела 1.2 «Теоретические исследования и анализ задачи управления пассажирскими перевозками, а также управления высокоскоростным транспортом», а также подраздела 1.5 «Разработка программного мультиагентного подхода к построению процессов управления ЖД ресурсами».
Разработка программного мультиагентного подхода к построению процессов управления ЖД ресурсами
Разработка формализованных моделей индивидуального планирования ключевых ресурсов инфраструктуры РЖД
В рамках разработки программного мультиагентного подхода предполагается использование онтологий (баз знаний), что позволит отделить предметные знания от программного кода системы. Онтология – это формализованные концептуальные знания о предметной области, используемые в правилах принятия решений. Для представления онтологии используется семантическая сеть, которая состоит узлов и упорядоченных отношений (связей), соединяющих эти узлы. Узлы выражают понятия или предположения, а связи описывают взаимоотношения между этими узлами. Сцена – это набор экземпляров классов, описывающих некоторую ситуацию. Каждый из экземпляров набора связан с некоторым концептом онтологии отношением вид-род. Таким образом, понятие онтологии является определенного рода словарем терминов для сцены (начальной, промежуточной или финальной).
Формализованное представление знаний в форме онтологий:
обеспечивает единство терминологии для всех систем планирования ресурсов;
агенты используют знания о потребностях объектов в ходе работы и принятия решений;
возможность расширения знаний в случае появления новых объектов (например, новая модификация ВСП);
обеспечивается возможность анализа альтернативных вариантов планов движения поездов, что позволяет проводить его оптимизацию;
обеспечивается гибкая перенастройка системы без перепрограммирования.
Общая онтология представлена с использованием нотаций диаграммы классов (Рисунок 1.5).
Онтология железной дороги содержит следующие концепты, атрибуты и отношения:
Направление – концепт описывает направление железной дороги. Атрибуты:
начальный пункт,
конечный пункт,
протяженность,
количество путей,
движение поездов.
Рисунок 1.5 – Модель сущностей в части описания расписания,
потребностей и базовых ресурсов
Движение поездов – концепт описывает поезда, проходящие по направлению железной дороги. Атрибуты:
тип поезда,
количество поездов в сутки.
Путь – концепт описывает часть железной дороги для одновременного движения поездов только в одном направлении. Атрибуты:
I путь для движения поездов с четными номерами,
II путь для движения поездов с нечетными номерами.
Инфраструктура – концепт описывает участок железной дороги. Атрибуты:
элемент пути,
станция.
Элемент пути – концепт описывает часть дорожной инфраструктуры – наследник концепта IOResource. Атрибуты:
блок-участок,
светофор,
стрелка,
пикет,
переезд,
временные отношения – наследник концепта ItemporaryRelation.
Блок-участок – концепт описывает минимальный учетный отрезок железной дороги протяженностью 1-1,5 км – наследник концепта Элемент пути. Атрибуты:
путь,
головная станция,
расстоянием от головной станции на начало участка,
расстоянием от головной станции на конец участка,
признак занятости,
местонахождение:
на перегоне,
внутри станции,
признак ложной занятости,
светофор,
следующий блок-участок.
Пикет – концепт описывает столбики, выставленные на блок-участке через каждые 100 м – наследник концепта Элемент пути. Атрибуты:
номер,
головная станция,
расстоянием от головной станции на начало участка,
Стрелка – концепт описывает техническое устройство для перевода поезда с одного пути на другой – наследник концепта Элемент пути. Атрибуты:
номер,
станция,
входной путь,
выходной путь.
Светофор – концепт описывает техническое устройство, сигнализирующее о возможности движения – наследник концепта Элемент пути. Атрибуты:
номер,
станция,
параметры работы:
зеленый – открыт,
красный – закрыт.
Переезд – концепт описывает пересечение железной дороги с автодорогой – наследник концепта Элемент пути. Атрибуты:
идентификатор,
параметры работы:
ЛСК – закрытие переезда,
Маршрут движения – концепт описывает план движения поезда по путям железной дороги. Атрибуты:
станция отправления,
станция назначения,
элемент пути.
Станция – концепт описывает пункт, имеющий путевое развитие для приема, отправления, обгона поездов – наследник концепта IOResource. Атрибуты:
название станции,
параметры работы:
ВСДЧ – высокоскоростной пропуск в чётном направлении
ВСДН – высокоскоростной пропуск в нечётном направлении
КРУ – станцию можно взять на управление автодиспетчеру.
Вагон – концепт описывает вагон. Атрибуты:
номер,
поезд,
тип вагона:
контейнер,
платформа,
для сыпучих грузов.
Локомотив – концепт описывает локомотив. Атрибуты:
номер,
поезд.
Поезд – концепт описывает сформированный состав из локомотива и вагонов – наследник концепта IOResource. Атрибуты:
номер,
направление движения,
тип поезда:
высокоскоростной,
скорый,
пригородный,
пассажирский,
грузовой.
количество вагонов,
длина,
состояние:
движение,
экстренное торможение,
расписание,
запланированное расписание.
Окно (проведения ремонтных работ) – концепт описывает выполняемые работы на определенных участках путей – наследник концепта IOperation. Атрибуты:
элемент пути, на котором находится окно;
вид работ;
время начала работ;
время окончания работ;
тип окна:
проездное;
непроездное.
Предупреждение – концепт описывает требование снизить скорость движения поезда (60, 80, 25 и др.). Атрибуты:
элемент пути, на котором находится предупреждение,
скорость движения,
тип предупреждения:
постоянное;
временное;
внезапно возникшее.
Информация – концепт описывает информационное сообщение, например, об отсутствии напряжения. Атрибуты:
сообщение;
элемент пути, для которого выдается информация.
Конфликтная ситуация – концепт описывает конфликтные ситуации, имеющие отношение к ВСП «Сапсан». Атрибуты:
тип конфликтной ситуации;
впереди идет опаздывающий поезд;
опаздывает ВСП «Сапсан»;
ложная занятость;
окно;
неоткрытие светофора;
внезапное ограничение скорости.
алгоритм разрешения конфликтной ситуации.
Расписание поезда – концепт описывает расписание движения поезда – наследник концепта IDemand. Атрибуты:
поезд,
количество строк расписания,
строки расписания.
Строка расписания поезда – концепт описывает движения поезда между станциями. Атрибуты:
номер по порядку,
станция,
время прибытия,
время отправления,
входящий маршрут движения,
исходящий маршрут движения.
Запланированное расписание поезда – концепт описывает расписание движения поезда, построенное планировщиком на основе реального состояния движения – наследник концепта ITemporaryRelation. Атрибуты:
количество строк расписания;
окно;
скорость;
состояние поезда.
Расписание окон – концепт описывает расписание окон – наследник концепта IOperation. Атрибуты:
количество строк расписания,
окно.
Запланированное расписание окон – концепт описывает расписание движения поезда, построенное планировщиком на основе реального состояния движения – наследник концепта ITemporaryRelation.
Диспетчер – концепт описывает должностное лицо, ответственное за организацию движения на конкретном участке. Атрибуты:
ФИО,
круг.
Круг – концепт описывает зону ответственности поездного диспетчера на конкретном участке. Атрибуты:
диспетчер,
инфраструктура,
действия.
Разработка метода согласованного адаптивного управления расписанием движения поездов на основе мультиагентного подхода. Разработка логики агентов активных сущностей предметной области, позволяющих реализовать полный цикл реакции на события, планирование и исполнение планов в реальном времени
Метод согласованного адаптивного управления расписанием на базе мультиагентного подхода позволит формировать оптимальное расписание прибытия и отправления пассажирских поездов по начальным и конечным станциям на основе обеспечения требований пассажиров, рациональной загрузки технических станций и увязки составов пассажирских поездов в общий оборот с выбором композиций, максимально удовлетворяющих спрос пассажиров на места по типам вагонов и эффективно использующих подвижной состав.
В предлагаемой мультиагентной технологии каждой потребности или возможности реального мира ЖД в соответствие может быть поставлен программный агент, способный действовать от его лица и по его поручению, которые формируют сети потребностей и возможностей (ПВ-сети).
Как видно из рисунка 1.6, агенты потребностей и возможностей могут как конкурировать на виртуальном рынке системы, так и кооперировать (например, две станции могут конкурировать за выдачу мощности или наоборот дополнять друг друга при существенном росте потребности).
Рисунок 1.6 - Виртуальный рынок системы, где D и S – агенты возможностей и потребностей предприятия (потребителей, станций, блоков и т.д.)
В результате, новизна предлагаемого нами метода динамического планирования состоит в том, чтобы моделировать процесс распределения ресурсов и построения сложных расписаний через сопряженное взаимодействие участников этого процесса, которые по определению имеют различные цели, предпочтения и ограничения.
Конфликты, порождаемые событиями (например, приход новой потребности, для которой в текущей ситуации нет открытой возможности), могут разрешаться агентами заказов и ресурсов путем переговоров и взаимных уступок, направленных на достижение приемлемых для всех компромиссов. Компромисс достигается тогда, когда один агент уступает свое место другому, причем с ухудшением своего положения, что сопровождается выигрышем для всей системы и соответствующим образом компенсируется из запаса специально вводимых виртуальных денег, являющихся всеобщим мерилом в поиске компромиссов типа «время-деньги», «качество-риск» и т.п. Например несрочный ремонт может быть подвинут на время либо отложен, но при достижении определенных критических параметров, когда он набирает вес и встраивается в расписание изменяя при этом график движения поездов.
Разрешение конфликта может вызывать целую цепочку операций перепланирования, сдвижку заказов вправо или влево по шкале времени, обмен заказами между ресурсами и т.д., глубина которой может быть ограничена допустимым временем ответа или другими факторами. В то же время, если имеется запас времени, решение о выделении ресурса или сформированное расписание использования ресурса может подвергаться непрерывной, в том числе, и классической оптимизации. Постоянная активность всех агентов сети, причем как со стороны потребностей, так и возможностей, вызывает многосторонние переговоры в системе, идущие асинхронно и квазипараллельно. При этом каждый агент рассматривается как машина состояний, возвращающая управление проектанту после каждого такта переговоров, т.е. агенты не «засыпают» надолго и всегда готовы быстро отреагировать на события.
Таким образом, реализуется способность системы оперативно реагировать на заранее непредвиденные события.
Сложность модели ПВ-сети увеличивается как с ростом числа типов программных агентов, представляющих разнообразные интересы, предпочтения и ограничения различных участников, необходимых для решения задачи, так и ростом числа возможных взаимодействий между агентами разных типов.
Метод сопряженных взаимодействий, поддерживаемый настоящей платформой реализуется следующим образом:
фиксируется множество сопряженных (в общем случае, неоднородных) элементов системы (агентов), каждый из которых обладает определенными возможностями и потребностями в других ресурсах;
описываются индивидуальные цели и критерии принятия решения всеми агентами, а также их предпочтения и ограничения;
определяются правила и протоколы (регламенты) сопряженных взаимодействий между агентами, позволяющие выявлять конфликты и находить компромиссы между элементами при установлении связей;
с помощью специальных инструментальных средств программирования разрабатывается мультиагентная система моделирования сопряженных взаимодействий;
с помощью этой системы строится первоначальная сеть потребностей и возможностей (ПВ-сеть), определяющая соответствующее распределение ресурсов;
если состояние ресурсов или потребности в них изменяются с приходом новых событий, то ПВ-сеть перестраивается с целью разрешения конфликтов, причем только в той части, которая непосредственно связана с изменениями;
решение задачи распределения ресурсов считается найденным, когда Данный метод оказывается применим к динамическому планированию ресурсов любой природы, как статичных, так и мобильных.
Таким образом, решение задачи при данном подходе формируется эволюционным образом, в ходе отработки каждого нового события, и потому является необратимым (для обратимости необходимо воспроизведение условий, при которых решение принималось).
Описанный предлагаемый метод во многом интегрирует наиболее современные идеи оптимального планирования, реализуемого в мета-эвристиках, фактически создавая среду конкурирующих и кооперирующих алгоритмов (агентов). Так, агенты могут запоминать и избегать плохих решений за счет использования своей памяти, информировать друг друга о промежуточных опциях, при близости опций принимать решения случайно, прекращать поиск при наличии ограничений по времени принятия решений и т.д.
При этом за счет представления задачи в форме, близкой к естественной, логика принятия решений системы становится более прозрачной как для программистов, так и пользователей, что позволяет встраивать большее число эвристик без увеличения сложности кода и уменьшает общее время разработки системы, а также делает результаты системы доступными для понимания пользователем.
При этом в системе реализуется как логика реакции на события, когда каждое событие (приход новой заявки, задержка в пути, занятость участка дороги и т.д.) запускает (триггерит) цепочку перепланирований ресурсов в системе, так и про-активная оптимизация планов, позволяющая улучшать варианты, пока еще есть время для работы системы и принятия окончательных решений.
Описание мира агентов
В перечень основных агентов входят:
Агент расписания, соответствует расписанию движения поезда по заданному маршруту в целом.
тип – агент потребности;
цель – доставить поезд на конечную станцию в заданный срок;
ограничения – временные факторы, непредвиденные события, для выполнения требуются ресурсы;
Агент строки расписания, соответствует расписанию движения поезда по участку маршрута между двумя станциями.
тип – агент потребности;
цель – доставить поезд от станции отправления до станции назначения в заданный срок;
ограничения – временные факторы, непредвиденные события, для выполнения требуются ресурсы;
Агент окна.
тип – агент потребности;
цель – выполнить работы на элементах пути;
ограничения – временные факторы, непредвиденные события, для выполнения требуются ресурсы.
Агент поезда.
тип – агент ресурса;
цель – выполнить движение согласно расписанию;
ограничения – вес, длина, скорость, невозможность движения по занятому блок-участку, интервал движения.
Агент станции.
тип – агент ресурса;
цель – выполнить прием, отправление, обгон поездов;
ограничения – количество станционных элементов пути, количество одновременно присутствующих на станции поездов, временные факторы пребывания поезда на станции.
Агент элемента пути.
тип – агент ресурса;
цель – предоставить часть дорожной инфраструктуры (блок-участок, стрелку, светофор) для прохождения поезда/выполнения окон;
ограничения – временные факторы, невозможность двух поездов одновременно находиться на одном блок-участке.
Агент временного слота.
тип – агент ресурса;
цель – определить временное отношение между ресурсами, описывающее, как ресурсы взаимосвязаны (или будут взаимосвязаны) на определенном промежутке времени;
ограничения – временной слот связан с ресурсом.
Потребность в доставке поезда по расписанию или потребность в выполнении окон раскладывается на подпотребности, соответствующие строкам расписания. Агенты соответствующих потребностей взаимодействуют с агентами временных слотов. Агенты временных слотов резервируют ресурсы. Агенты временных слотов в процессе переговоров проактивно ищут другие слоты, которые используют тот же самый ресурс. Если агенты временных слотов обнаруживают конфликт, они должны разрешить его, после чего агент временного слота связывается с потребностью.
Примеры разрешения конфликтных ситуаций
|
