Результат интеллектуальной деятельности: Система для управления работой сортировочных станций направления железнодорожной сети

Система для управления работой сортировочных станций направления железнодорожной сети

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для управления сортировочными станциями и прогнозирования результатов их работы.

Известно устройство для определения показателей работы крупной железнодорожной станции, содержащее установленные на автоматизированном рабочем месте вычислительный блок и устройство моделирования, подключенное к вычислительному блоку, состоящему из модуля расчета нормативных показателей, соединенного с модулем расчета технологических нормативов, к входу устройства моделирования подключены выходы первого и второго блоков приема данных и блока фиксации времени, входы которых соединены с соответствующими выходами процессора персонального компьютера, причем второй вход первого блока приема данных предназначен для соединения с дорожным сервером, а модуль расчета технологических нормативов и модуль расчета нормативных показателей соединены с процессором персонального компьютера, который через шифратор подключен к передающему устройству (RU139988, B61L 27/00, 27.04.14).

Известное техническое решение позволяет осуществить многочисленные запуски имитационной модели крупной железнодорожной станции по заданным сценариями исходным данным, при этом формируется наиболее вероятное значение параметров работы анализируемой станции. К недостаткам этого технического решения следует отнести невозможность прогнозирования показателей станции с учетом динамически изменяющихся внешних параметров, значительно влияющих на работу станции.

В качестве прототипа принята система для управления работой сортировочных станций направления железнодорожной сети, 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 вагонопотоков 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 условиях переходных процессов в системе управления, использование директивных методов и подходов, основанных на справочной информации и статистическом анализе данных, является недостаточно эффективным, в силу неадаптивности, зависимости от опыта лиц, принимающих решения, невозможности управления подсистемами железнодорожного транспорта в параллельном режиме, что требуется по характеру самого технологического процесса на железнодорожном транспорте.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности управления работой станций, в части прогноза подхода поездов, при наличии нестационарной внешней среды, с возможностью более полного использования параллельных компьютерных кластеров и обобщения опыта наилучших решений.

Технический результат достигается тем, что в системе для управления работой сортировочных станций направления железнодорожной сети, содержащей 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 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, согласно изобретению введен и соединен с сервером 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.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемой системы для управления работой сортировочных станций направления железнодорожной сети.

Система для управления работой сортировочных станций направления железнодорожной сети 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, блок 7 моделирования поездной работы сортировочных станций, состоящий из последовательно соединенных блока 8 расчета вариантов разложения поездов, блока 9 выбора последовательности расформирования поездов, блока 10 выбора последовательности накопления вагонов и блока 11 моделирования отправления сформированных поездов, выход которого соединен с входом процессора 2, первый выход которого через блок 12 расчета показателей работы сортировочных станций за прошедший период соединен с первым входом блока 8 расчета вариантов разложения поездов, второй вход которого соединен с блоком 13 формирования плановых показателей работы сортировочных станций, к входу которого подключен второй выход процессора 2, третий выход которого через блок 14 формирования данных актуального плана формирования поездов соединен с блоком 9 выбора последовательности расформирования поездов, четвертый выход процессора 2 через блок 15 формирования данных усредненных вагонопотоков сортировочных станций соединен с входом блока 10 выбора последовательности накопления вагонов, дополнительные входы/выходы процессора соединены через сервер 16, по сети 17 передачи данных, с соответствующими выходами/входами аппаратно-программных устройств автоматизированной системы управления сортировочными 18 и грузовыми 19 станциями, автоматизированной системы 20 оперативного управления перевозками и автоматизированного диспетчерского центра 21 управления, первого и второго блоков 22, 23 сопряжения, при этом входы первого блока 22 сопряжения подключены к установленным на путях сортировочных станций направления датчикам 24 подхода грузовых поездов, а входы второго блока 23 сопряжения соединены с аппаратно-программными устройствами центров 25 комплексного диагностического контроля технического состояния подвижного состава движущих поездов, с сервером 16 соединен блок 26 формирования процессных моделей на основе искусственной нейронной сети с функцией обучения, к которому подключены четыре блока памяти, при этом в первом блоке 27 памяти записана база данных процессных моделей, во втором блоке 28 памяти записана база данных внешних технологических процессов, в третьем блоке 29 памяти записана база технико-распорядительных актов и схем и в четвертом блоке 30 памяти записана база данных событийных ретроспективных моделей работы станции.

Система для управления работой сортировочных станций направления железнодорожной сети функционирует следующим образом.

Система использует данные информационной системы, которая на дорожном уровне обеспечивает выполнение в автоматизированном режиме следующих функций:

- прогноз вагонопотоков для сортировочной станции направления 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 сетевом 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 направления 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 сортировочными 18 (АСУ 18 СС) и грузовыми 19 (АСУ 19 ГС) станциями информацию о типовых и фактических технологических процессах работы сортировочных и грузовых станций. Эта информация передается по сети 17 передачи данных в сервер 16, который передает ее в процессор 2. Процессор 2 осуществляет обработку информационных данных по каждой станции направления и записывает ее в блок 5 памяти. В блоке 5 памяти хранится также информация актуального плана формирования поездов и актуального нормативного графика движения поездов для станций и участков направления на планируемый период, технические нормы эксплуатационной работы направления.

На первом этапе процессор 2 передает данные прошедшего и планируемого периодов (месяца, декады) по каждой сортировочной и грузовой станции соответственно в блоки 12 и 13. Блок 12 осуществляет расчет показателей работы сортировочных и грузовых станций за прошедший период, блок 13 - за плановый период. Результаты расчета показателей работы сортировочных и грузовых станций за прошедший и плановый периоды вводятся в блок 8 расчета вариантов разложения поездов (графика прибытия поездов на сортировочные станции и прогнозируемые схемы расположения в поездах вагонов (разложения), который рассчитывает возможные наиболее оптимальные варианты разложения вагонов во вновь сформированных составах.

Расчетные варианты разложения вагонов в составах передаются в блок 9 выбора последовательности расформирования составов, на другой вход которого поступает информация из блока 14 формирования данных актуального плана формирования составов. На основании поступившей информации блок 9 рассчитывает варианты выбора последовательности расформирования составов.

На этапе декадного планирования на основе уточненного прогноза работы станций по декадам месяца (с учетом колебаний входного и выходного поездо- и вагонопотоков) определяют устойчивые параметры работы станции и формируют с помощью блока 3 ввода/вывода данных соответствующую команду процессору 2 для передачи информации об устойчивых параметрах работы станций в блок 15, который определяет усредненные вагонопотоки сортировочных станций. Информация с выходов блоков 9 и 15 поступает в блок 10, который рассчитывает варианты последовательности накопления вагонов в парках сортировочных станций.

На основании расчетных вариантов последовательностей накопления и уровней заполнения вагонами в парках отправления сортировочных станций блок 11 осуществляет моделирование вариантов отправления сформированных на сортировочных станциях поездов. При заполнении приемо-отправочных парков сортировочных станций до таких значений, когда появляются затруднения в работе станций, блок 11 анализирует варианты перераспределения сортировочной работы между сортировочными станциями направления, отклоняет вагонопотоки, меняет очередность подвода поездов к станциям. Информацию о вариантах моделей отправления сформированных поездов блок 11 передает в процессор 2, который записывает ее для хранения в блок 5 памяти, а также передает в блок 6, который осуществляет соответствующую обработку и преобразование для ее визуального представления на экране монитора 4 в табличном и/или графическом виде.

На третьем этапе, на основании декадного плана осуществляют моделирование суточного плана работы сортировочных станций сети и на основании суточного плана - моделирование сменно-суточного плана работы сортировочных станций направления. За исходные показатели принимаются наименьшие значения простоев вагонов на сортировочных станциях, полученные на втором этапе моделирования.

При оперативном прогнозировании (планировании) работы сортировочных станций учитывают фактическое разложение вагонов в движущихся поездах и их техническое состояние. Информация о фактическом разложении вагонов в движущихся поездах и их техническое состояние поступает из центров 25 комплексного диагностического контроля технического состояния подвижного состава движущих поездов (ИЦ 25 КДК).

В ИЦ 25 КДК 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 20 оперативного управления перевозками (АСОУП 20), а о характеристике и текущем состоянии перегонов и станций направления - из автоматизированного диспетчерского центра 21 управления (АДЦУ 21).

При подходе поезда к входному светофору станции датчики 24, представляющие собой датчики счета осей, определяют количество осей и тип вагонов поезда, по которому идентифицируется поезд. Соответствующая информация через блок 22 сопряжения посредством сети 17 передачи данных передается АСОУП 20 и учитывается при оперативном планировании подачи поездов на сортировочную горку и расформировании его вагонов.

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.

Таким образом, предлагаемая система 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 вагонопотоков на сортировочных станциях и движения поездов по участкам направления, согласование показателей сменно-суточных планов работы в границах направления и выработки оптимальных управляющих решений.

Система обеспечивает автоматическое получение высоко детализированного и наиболее близкого к оптимальному технологического процесса работы станции, а также в автоматической его актуализации. 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).

В сеть передачи данных 17 поступает информация с датчиков 24, АСУ 18 СС, АСУ 19 ГС, АСОУП 20, АДЦУ 21, ИЦ 25 КДК и далее информация, через сервер 16 поступает в процессор 2 компьютера 1 АРМ станции и записывается в блок 5 памяти.

Для формирования процессных моделей из процессора 2 информация поступает в блок 26 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 26 поступает информация из первого блока 27 памяти, в котором записана база данных процессных моделей, из второго блока 28 памяти, в котором записана база данных внешних технологических процессов, из третьего блока 29 памяти, в котором записана база технико-распорядительных актов и схем и из четвертого блока 30 памяти, в котором записана база данных событийных ретроспективных моделей работы станции.

Блок 26 функционирует следующим образом. Из базы процессных моделей поступает набор технологических операций (множество операций), из которого выстраивается технологическая цепочка на основании данных из блоков памяти 28 и 29.

Для созданной цепочки производится инициализация параметров. Статистику для оценки таких параметров получают из блока 30 (параметры событийной модели из ретроспективы) и на ее основе искусственная нейронная сеть (ИНС) подбирает коэффициенты для конкретной рассматриваемой схемы, основываясь на минимальной ошибке обучения ИНС.

В блоке 26 происходит минимизация функционала ошибки в процессе выстраивания зависимостей между информацией из блока 26 и информацией из блоков 28, 29 и 30. Полученный результат используется для формирования процессных моделей и записывается в блок 28 памяти. Из блока 28 памяти данные о процессных моделей поступает 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 26 по сети 17 передачи данных при запросе оператором со своего компьютера 1 АРМ.