Принципы и методы построения датчиков, приборов и систем
УДК 656.254.5
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПОЕЗДНОГО ДИСПЕТЧЕРА МЕТРОПОЛИТЕНА
В.Г. Сидоренко
Управление движением поездов по линии метрополитена является сложной слабо формализуемой задачей, которая должна решаться поездным диспетчером в жестких временных рамках. Рассмотрены общие принципы построения и структура системы поддержки принятия решения диспетчером линии метрополитена. Исследования связаны с формализацией и машинной реализацией логики диспетчерского управления с использованием нечеткой логики.
ВВЕДЕНИЕ
Средства автоматизации управления движением поездов нашли широкое применение на метрополитенах нашей страны, стран ближнего и дальнего зарубежья. За рубежом существуют полностью автоматизированные метрополитены. Отечественные метрополитены характеризуются высокой интенсивностью движения и огромным пассажиропотоком. Поэтому автоматизация метро в России и странах СНГ необходима. За последние 40 лет накоплен большой опыт по автоматизации управления движением поездов метрополитена, разработана концепция системы автоматизированного управления метрополитеном АСУ "Метро" [1]. Существует четыре поколения систем автоведения [2]. В настоящее время ведутся работы по автоматизации управления движением поездов по линии метрополитена поездным диспетчером [3]. Уже внедрены отдельные фрагменты будущей АСУ "Метро" (рис. 1):
• автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера-оператора (АРМ ДЦХЗ), с которого вводятся команды управления объектами линии, которые затем в промышленном контроллере преобразуются в формат команд телеуправления (ТУ), разработанных на ИВЦ Московского метрополитена;
• табло коллективного пользования, служащее для полного визуального представления информации о состоянии объектов линии;
• АРМ по отображению исполненного графика движения поездов по линии метрополитена, в рамках которого анализируется информация о местоположении поездов, получаемая по каналам телесигнализации (ТС), а затем строится график исполненного движения, разработанный на кафедре "Управление и информатика в технических системах" МИ ИТ;
• тренажер поездного диспетчера, разработанный на той же кафедре совместно с Московским метрополитеном для Замоскворецкой линии метро по заказу ООО " Московский комитет по науке и технологиям". Тренажер может быть использован не только для обучения поездных диспетчеров, но и для опытной эксплуатации и тестирования элементов АСУ движением поездов по линии метрополитена, что очень важно, так как в условиях реальных линий отладка программного обеспечения (ПО) управляющих систем из-за высокой ответственности команд очень затруднена [4].
В настоящее время ведутся работы по созданию:
• автоматизированной системы построения графика движения поездов, которая должна реализовывать человеко-машинную процедуру составления и коррекции такого планового графика в соответствии с исходными требованиями по парности движения, условиями эксплуатации и технического обслуживания подвижного состава, индивидуальными особенностя-
Рис. 1. Структурная схема АСУ движением поездов метрополитена
ми линии (география линии, места отстоя и ночной расстановки поездов, расположения депо) [5];
• автоматизированной системы ввода команд управления объектами линии, которая позволит передавать команды управления объектами линии в автоматизированном режиме в соответствии с плановым графиком и с разрешения оператора ДЦХЗ;
• системы поддержки принятия решения (СППР) поездного диспетчера.
Все выше перечисленные средства автоматизации управления движением поездов используют для своей работы одну и ту же структуру информационного пространства, а именно — единые формат и протокол передачи входных и выходных данных и базу данных (БД) [3]. Основу единого информационного пространства, в котором существует комплекс внедренных и перспективных средств автоматизации, составляют сигналы технических средств (ТС), поступающие от объектов линии метрополитена, непосредственно связанных с регулированием движения поездов (рельсовых цепей, светофоров, реле и др.), и сигналы телеуправления, передающие управляющие воздействия от поездного диспетчера к объектам линии.
Данная работа посвящена рассмотрению вопросов построения математического и программного обеспечения СППР поездного диспетчера.
ЗАДАЧИ СППР ПОЕЗДНОГО ДИСПЕТЧЕРА
Управление движением поездов по линии метрополитена — сложная, слабо формализуемая задача, которая должна решаться поездным диспетчером в жестких временных рамках. На метрополитенах крупных городов предъявляются высокие требования к качеству управления движением поездов.
СППР должна решать задачи [6] прогнозирования сбойных ситуаций; диагностики неисправностей устройств линии метрополитена и причин сбоя; оповещения всех заинтересованных лиц о сложившейся на линии ситуации; разработки:
• возможных сценариев функционирования линии в условиях сбоя;
• предложений по ликвидации причины сбоя; возможных сценариев вывода линии из сбойной ситуации;
• предложений по управлению конкретными поездами и станциями;
• организации действий по восстановлению графикового движения поездов по линии метрополитена; ведения архива действий.
Для оценки работы поездного диспетчера, следовательно и СППР, могут быть использованы различные критерии [6]. Как правило, они совпадают с критериями, которыми руководствуется диспетчер при формировании управления, а именно: выполнение планового графика движения; поддержание равных интервалов движения на всей линии; недопущение стоянки поездов на перегоне с пассажирами; рациональная организация оборотов на промежуточных станциях и др.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СППР
Работа СППР обеспечивается совокупностью аппаратных и программных средств. Основной задачей, решаемой логическим контроллером ЦПУ, является логическая и математическая обработки поступающей в режиме прерывания информации, а именно, сигналов ТУ и ТС от объектов линии метрополитена и модели-
рующей программы, дополнительных команд диспетчера. Результатом работы программы обработки данных является сообщение о сложившейся на линии ситуации. В случае обнаружения сбоя инициируется работа программы по изменению графика движения, т. е. выбираются точки аварийного оборота, организуется зонное и челночное движение.
После выбора новых направлений движения поездов рассчитываются их новые размеры (допустимый интервал движения, пропускная способность линии).
В соответствии с новым графиком движения для каждых станции и поезда на линии должна быть разработана тактика работы (поезд идет вперед на перегон, отправляется на плановый или аварийный оборот, отправляется в депо или тупик). После устранения причин сбоя необходимо реализовать режим восстановления графика движения [7].
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
В основе ПО лежит математическое и методологическое обеспечение. Особенность задач диспетчерского управления состоит в том, что основа формализации этих задач — не строгие математические модели, а формальное описание человеческой логики, которая часто базируется не на строгих количественных соотношениях, а на качественных понятиях. Иногда эти "нечеткости" управления удается преодолеть, в частности, на нижнем уровне, когда речь идет об управлении конкретной станцией или поездом после принятия общей стратегии управления. В этом случае управляющие действия могут быть представлены в виде строгих логико-трансформационных правил (ЛТП) [8].
На уровне принятия решения о классификации ситуации ("при постановке диагноза") и разработке управляющей стратегии эти нечеткости преодолеть трудно, так как диспетчер часто оперирует не строгими количественными соотношениями, а такими понятиями, как "много", "мало", "движение по графику", "сильное отставание" и другими, которые в понимании разных диспетчеров (или другими словами, экспертов) имеют разные количественные эквиваленты. В этом случае становится актуальной задача реализации так называемой "нечеткой логики" и нахождения количественных эквивалентов понятиям [9]. Эта новая область в теории управления применительно к диспетчерскому управлению линией метрополитена представляется автору статьи перспективной и составляет предмет его дальнейших исследований.
АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕРВАЛОМ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
Попробуем формализовать некоторые из процедур диспетчерского управления линией метрополитена. В работе [2] описаны графиковые и интервально-графико-вые алгоритмы управления движением поездов. Как показывает анализ диспетчерского управления, диспетчеры ориентируются в основном на интервальные алгоритмы управления с первоначальным использованием ресурса стоянки.
На линии существует два типа станций (рис. 2): станции без путевого развития; станции с путевым развитием.
При управлении станцией без путевого развития основной метод управления при решении задачи поддержания одинакового интервала движения это введе-
22
БенБОГэ & Бузгетэ • № 10.2001
7+1 \ Тупик (путь / ¡оборота)/ //+| | 7 У И \ И 7-2
к-2 ; \ V-! к-1 к к к+1 к+1
Направление движения
Рис. 2. Нумерация станций, платформ, перегонов
ние сверхнормативных стоянок. Управление поездами, прибывающими по разным путям на каждую из двух платформ, проводится независимо. По прибытии я-го поезда нау-ю платформу диспетчер может оценить интервал по отправлению между последним ушедшим с
у-й платформы (я — 1 )-м и я-м поездами в пред-
положении, что оба эти поезда исправны и не существует внеплановых ограничений для их движения, по формуле:
Т,ю](п) = Го](п)
1),
блюдении графика движения оно равно графиковому астрономическому времени отправления ^(я + 1).
Способ определения оценки/^-(я) зависит от положения (я + 1)-го поезда: он движется по (у — 1)-му перегону между у-й и (у — 1)-ой платформами, стоит на (у — 1)-й платформе или еще не прибыл на нее.
Если (я + 1)-й поезд движется по (у — 1)-му перегону, то (рис. 3):
(!) (я + 1) = (я + 1) + ] (я + 1) + Т°(п + 1)
где t0j(n) — оценка астрономического времени отправ-
Ф
ления я-го поезда с у-й платформы; — 1) — факт
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.