CC BY
16
УДК 629.4.053
БАБАНИ О Б., д.т.н., професор (УкрДУЗТ), ГОРОБЧЕНКО О.М., к.т.н., доцент (УкрДУЗТ)
Моделювання дiй локомотивних бригад в ергатичнш системi «машишст-поУзд» за допомогою логiки предикатiв
Babanin A., Dr. Eng, Professor (UkrSURT), Gorobchenko A., PhD, Associated Professor (UkrSURT)
Modeling of locomotive crews actions in ergatic system "driver-train" using predicate logic
Постановка проблеми в загальному вигляд1
Пщвищення ефективносп експлуата-ци тягового рухомого складу е одним з найактуальшших напрямкiв дослiджень. Одним зi шляхiв вирiшення цього завдання е удосконалення систем керування, в тому чи^ впровадження штелектуальних систем пщтримки прийняття рiшень (СППР). Це дозволить знизити можливий негатив-ний вплив на експлуатацiю невiрних дiй людини внаслiдок некомпетентностi, погь ршення психо-фiзiологiчного стану, невiр-но! оцiнки ситуацп тощо.
Анал1з досл1джень i публжацш
Унiверсальнiсть та можливють вирi-шення широкого кола завдань стали перед-умовами широкого розповсюдження СППР [1], в тому чи^ на залiзничному транспо-ртi [2]. Основним елементом в них е база знань, що iмiтуе досвiд людини та вщ яко-стi складання яко! залежить робота системи в цшому.
В [3] дослiджено можливють викори-стання апарату логiки для проектування баз знань. В [4] наведено споаб представлення бази знань у виглядi схем ситуацш. Побу-дова кожно! схеми ситуацiй, що трапля-ються пiд час ведення по!зду, складаеться з наступних кроюв. Вводиться вершина по-чатково! ситуаци (початкова вершина) з
унiкальним шдексом. Далi iтеративно з кожно! вершини ситуаци, починаючи з вихщ-но!, проводяться дуги в вершини сприй-няття, що вводяться за результатами штер-в'ю. Кожна з цих вершин вщповщае одному з альтернативних висловлень, ютиннють якого в данш ситуаци варто встановити. Всерединi ще! вершини записуеться вщпо-вiдне висловлення у виглядi формули предикатив першого порядку а. З кожно! вершини сприйняття проводиться едина дуга в вершину реакцп, усередиш яко! записуеться дiя d.
Будь-який шлях, що веде вщ вершини ситуаци через вершину з формулою а дгя (d) у вершину з дiею d до вершини ситуаци Si, представляеться парою формул:
Б; Па, =3 д1я(ё), (1)
перехгд (d, Si)= Sj. (2)
Запис у першiй iз цих формул е ско-роченим записом атома ситуация а по-тiм перехгд (d, Si) у другiй формулi е функ-цiею. Таким чином, схема ситуацш е не чим шшим, як деякою формою подання формул.
Схема ситуацш може бути дуже великою i надлишковою, схем може бути декь лька, глибина схеми може залежати вщ по-чатково! ситуаци, з яко! починаеться про-цес !! побудови. Число вершин i дуг схеми характеризуе складшсть процесу отри-мання знань. Ця складнiсть може бути зме-
ншена рядом прийомiв. [5-6]. Один з них це об'еднання вершин, всi можливi шляхи з яких однаков^ i перехщ, таким чином, вiд дерева до графу.
Постановка завдання дослщження
Цiллю дослiдження е представлення дiй машинюта локомотива в базi знань у виглядi схем ситуацiй. Для подання знань у розроблювальнш системi доцшьне застосу-вання логiки предикатiв першого порядку
[4].
Викладення основного матер1алу
Вiдношення об'ектiв середовища представляються мовою логiки предикатiв, як i мовою лопки висловлень, у виглядi пе-вних пропозицiй (висловлень, формул лопки предика™), що використовують об'ек-тнi змiннi i об'ектнi константи.
Кожна об'ектна константа взаемно однозначно зютавляеться в процес штерп-ретаци з яким-небудь одним об'ектом сере-довища. Константа позначаеться рядком символiв, що починаеться iз прописно'1 бу-кви, i, частiше за все, цей рядок символiв зб^аеться з iм'ям або найменуванням об'е-кта, наприклад, Свтлофор, Контролер, Машитст i т.д.
Константи, функци i змiннi е термами. Введемо деяю з них.
Змiнна сигнал, колом значень яко'1 е зелений, жовтий, бглий, червоний, синт, невизначений. Змшна величина_тиску в га-льмiвнiй магiстралi по'1'зду, що приймае значення вщ нуля до встановленого тиску. Змшш в1дстань_до_сигналу та вгдс-тань_до_перешкоди, що приймають значення велика, мала.
Побудова схем ситуацш починаеться з первинно'1 схеми. Вибираеться початкова ситуащя So i експертовi (досвiченому ма-шинiсту) задаеться питання: «Якщо ми пе-ребуваемо в ситуацп So, то iстиннiсть яких альтернативних висловлень варто перевь рити в цш ситуацп?» Будемо вважати, що ситуащя So -по'зд, що знаходиться на стан-цii перед вщправленням на перегон.
Вiдповiддю на це питання е перелш наступних альтернативних висловлень, що пiдлягають перевiрцi на iстиннiсть або хи-бшсть:
наявнiсть сигналу, що дозволяе рух по1зду;
наявнiсть довiдки ВУ-45 про прове-дене випробування гальм;
наявнiсть вшьно"1 попереду лежачо'1' дiлянки колп;
наявнiсть локомотива, готового до роботи (запущений дизель або тднятий пантограф);
наявшсть тиску в гальмiвнiй мапст-ралi на рiвнi встановленого;
наявшсть нормальних показань всiх приладiв i датчикiв контролю стану локомотива;
наявшсть показника складностi нештатно!' ситуацп нижче встановленого зна-чення;
Шсля формализацп цих вiдповiдей отримаемо частину схеми ситуацш, пока-зану на рис. 1.
во
(сигнал) [показання(сигнал, 1С ТИНА)]
(документы) [наявшст ь (дошка ВУ45,1СТИНА)/
(кол Ы)[в1льшсть(,колЫ, 1СТИНА)]
(л о комо т ив) [гот овшст ь (л окомот ив, 1СТИНА)]
(ГМ) [встановлений тиск (ГМ, 1С ТИНА)]
(V приборы)[нормальне показання(прибори,1СТИНА]
(НС)[скл адшст ь (НС, низька)]
Рис. 1. Перший етап побудови схеми ситуацш
Далi потрiбно продовжити опиту-вання з урахування вже отриманих вщповщей. В спрощеному виглядi питання можна сформулювати таким чином.
Якщо немае сигналу, що дозволяе рух по!зду - (сигнал[показання(сигнал, ХИБА)]), що робити далi?
Якщо немае довщки про проведене випробування гальм
(документи[наявн1ст ь (довгдка, ХИБА)] ), що робити далi?
Якщо колiя зайнята -(кол1я[выьтсть(кол1я, ХИБА)]), що робити далi?
Якщо локомотив не готовий до ро-боти - (локомотив[готовтсть(локомотив, ХИБА)]), що робити далi?
Якщо тиск в гальмiвнiй магiстралi не дорiвнюе встановленому -
(ГМ[встановлений_тиск(ГМ, ХИБА)]), що робити далi?
Якщо показання будь-якого прибору вщр1зняються вщ нормального - (V прибори[нормальне_показання(прибори, ХИБА)]), що робити далi?
Якщо складшсть нештатно! ситуацп висока - (НС[складтсть(НС, висока)]), що робити далi?
Якщо вс вiдповiдi на вищенаведеш питання мають значення «ГСТИНА» -
(сигнал[показання(сигнал, 1СТИНА)] Л
документи [наявтсть (довгдка, 1СТИНА)]
Л кол1я[вшьтсть(кол1я, 1СТИНА)] Л
локомотив [готовшсть (локомотив,
1СТИНА)] Л ГМ[встановлений_тиск(ГМ,
1С ТИН А)] Л V приборы
[нормальне_показання (прибори,
1СТИНА)]Л НС[скяадтсть(НС, низька)],
що робити далi?
Можливими вщповщями на щ питання можуть бути вщповщно:
якщо немае сигналу - очшування сигналу, рушання заборонене. Схема ситуацш первинна S0;
якщо немае довщки - очшування довщки, рушання заборонене. Схема ситуацш первинна S0;
якщо тшя зайнята - очшування звь льнення колп, рушання заборонене. Схема ситуацш первинна S0;
якщо локомотив не готовий до роботи - привести локомотив до робочого стану. Схема ситуацш для приведення локомотива до робочого стану S0l;
якщо тиск в гальмiвнiй магiстралi не дорiвнюе встановленому - регулювати тиск в ГМ. Схема ситуацш для регулювання ти-ску в ГМ S02;
якщо показання будь-якого прибору вiдрiзняються вiд нормального - визначити прибори з невщповщними показниками. Схема ситуацш для визначення приборiв з невщповщними показниками S0з;
якщо складшсть нештатно! ситуацп висока - виявити причину пщвищено! складност нештатно! ситуацп (НС) [7]. Схема ситуацш для виявлення причини пь двищення складност НС S04.
якщо всi вщповвд мають значення «1СТИНА» - привести по!зд до руху. Ситу-ащя для рушання по!зду S1.
Ц вiдповiдi дозволяють завершити первинну схему ситуацш. В результат! отримаемо схему на рисунку 2.
Схема ситуацш для виявлення причини пщвищення складносп НС S04.
На виникнення нештатних ситуацiй впливають ряд факторiв: техшчш, людськi та зовнiшнi. Своечасне попередження ма-шинiста локомотива про пщвищення ри-зику виникнення транспортно! поди дозволить в деяких випадках уникнути !! або мь нiмiзувати наслiдки.
Для виявлення тих чи шших факторiв потрiбно на локомотивi мати вiдповiднi пристро!. В тепершнш час розвиток локо-мотивобудування це передбачае, тобто широко використовуються бортов! ЕОМ, сис-
теми бортово! техшчно! дiагностики, сис-теми контролю дш локомотивно! бригади пiд час руху по!зда, системи виявлення перешкод на шляху, визначення положення рухомого складу на перегон i т. д.
Ситуащя S04 потребуе виявлення причин пiдвищення складност НС для того, щоб шформувати машинiста локомотива, а в подальшому i вбудувати в систему авто-ведення локомотива блок корегування управляючих впливiв в залежностi вщ да-них про НС.
Эо 31 «—--о
(сигнал) [показання(сигнал, 1СТИНА)]_'
(документы) [наявшсть (доводка ВУ45.1СТИНА)]
-ХТстина
(кол 1я)[вйгьтсть(кол ¡я, 1СТИНА)]
(локомотив) [готовшсть (локомот ив, 1СТИНА)]
(ГМ)[встановлений тиск (ГМ, 1СТИНА)]_
-►ОЗТИНА
нюЭ
01
-
-Ю Эо2
(Vприборы)[нормальне_ показання(приборы,1СТИНА]
Боз
(НС)[складшсть(НС, низька)]_
-ю Б
04
Рис. 2. Другий етап побудови схеми ситуацiй
Задамось питанням «Якщо ми пере-буваемо в ситуацп So4, то iстиннiсть яких альтернативних висловлень варто перевь рити в цш ситуацп?»:
- наявнють хоча б одного техшчного фактору (ТФ), величина якого велика;
- наявнють хоча б одного людського фактору (ЛФ), величина якого велика;
- наявнють хоча б одного зовшшнього фактору (ЗФ), величина якого велика.
Пюля виявлення найбшьших вапв си-гналiв iнформацiю про них потрiбно пере-дати локомотивнiй бригадi та в систему ке-рування рухом по!зду. Результат складання схеми ситуацп S04 представлений на рисунку 3.
73 ТФ)[величина(ТФ,
высока)]
( 3 ЛФ)[величина (ЛФ,
высока)]
(3 ЗФ)[величина(ЗФ,
высока)]
So4 «
СЭ ч>тф)[величина^ найвища)]_
(3 w J[eeJiu4UHa(w найвища)]_
(3 w,J [величина^, найвища)]_
Пристрш керування рухом по\'зду
1
Пристрш виведення ¡нформацп'
Рис. 3. Побудова схеми ситуацш S04 Схема ситуацш для рушання по'1'зду
Si.
Розглянемо ситуащю рушання по1'зду Si. EKOTepTOBi задаеться питання: «Якщо ми перебуваемо в ситуацп Si, то ютиншсть яких альтернативних висловлень варто пе-peвipити в цiй ситуацп?»:
- наявшсть сигналу, що забороняе рух поïзду.
- наявнiсть вiльноï поперед лeжачоï дiлянки колп.
- наявшсть тиску в гальмiвнiй мапст-pалi на piвнi встановленого.
- наявшсть нормальних показань всiх пpиладiв i датчикiв контролю стану локомотива.
- наявшсть показника складност не-штатноï ситуацп нижче встановленого зна-чення.
- наявшсть буксування колюних пар локомотива.
- наявшсть прискорення поïзду.
- наявшсть уповшьнення поïзду.
- наявнiсть швидкосп в межах вста-новленог
- наявшсть швидкосп, що перевищуе встановлену.
- наявшсть струму в ТЕД вище вста-новленого.
Подiбно до створення схеми первин-ноï ситуацп потpiбно задатися наступними питаннями.
Якщо е сигнал, що забороняе рух поь зду - (заборонний_сигнал[показання(сигнал, 1СТИНА)]), що робити далi?
Якщо колiя зайнята -(кол1я[выьтсть(кол1я, ХИБА)]), що робити далi?
Якщо тиск в гальмiвнiй магiстралi не дорiвнюе встановленому -
(ГМ[встановлений_тиск(ГМ, ХИБА)]), що робити далi?
Якщо показання будь-якого прибору вщр1зняються вщ нормального - (V прибори[нормальне_показання(прибори, ХИБА)]), що робити далi?
Якщо складшсть нештатно1 ситуацп висока - (НС[складтсть(НС, висока)]), що робити далi?
Якщо е буксування -(буксування[наявтст ь (буксування, 1СТИНА)]), що робити дат?
Якщо е прискорення - (погзд [прискорення (погзд, 1СТИНА)]), що робити далi?
Якщо е уповшьнення - (погзд [уповшьнення (погзд, 1СТИНА)]), що робити далi?
Якщо швидюсть по"1зду в межах вста-новлено1 - (по'гзд[швидк1сть(по'гзд, нижче встановленог)]), що робити далi?
Якщо швидкiсть по"1зду перевищуе встановлену - (по'гзд[швидк1сть(по'гзд, вище встановленог)]), що робити далi?
Якщо струм ТЕД перевищуе встановлений - (ТЕД[струм(ТЕД, вище встановленого)]), що робити далi?
Можливими вщповщями на щ питання можуть бути вщповщно:
якщо е забороний сигнал - ощнити вiдстань до заборонного сигналу. Схема ситуацш для оцшки ввдсташ до сигналу S11;
якщо колiя зайнята - ощнити вщстань до мiсця перешкоди, визначити характер перешкоди. Схема ситуацiй для оцшки вщ-
сташ до перешкоди S121, схема ситуацiй для оцшки характеру перешкоди S122 ;
якщо тиск в гальмiвнiй магiстралi не дорiвнюe встановленому - визначити причину вщхилення тиску. Схема ситуацш для визначення причини вiдхилення тиску S13;
якщо показання будь-якого прибору вiдрiзняються вiд нормального -визначити прибори з невщповщними показниками. Схема ситуацш для визначення приборiв з невщповщними показниками S03;
якщо складнiсть нештатно'1 ситуацп висока - виявити причину пiдвищеноï складностi НС. Схема ситуацш для виявлення причини пщвищення складносп НС S04;
якщо е буксування -усунути боксу-вання. Схема ситуацш для усунення буксування S14;
якщо е прискорення - оцшити швид-кiсть прискорення в залежносп вiд поточ-
ного та подальшого профiлю коли. Схема ситуацш для оцшки прискорення Sl5;
якщо е уповшьнення - оцiнити швид-кiсть уповiльнення в залежностi вщ поточного та подальшого профшю коли. Схема ситуацiй для оцшки уповшьнення S16;
якщо швидкiсть по!зду в межах вста-новлено! - регулювати !! з точки зору зме-ншення витрат паливо-енергетичних ресур-сiв. Схема ситуацiй для регулювання швид-костi до ращонально! S17;
якщо швидкiсть по!зду перевищуе встановлену - застосувати регулювальне гальмування. Схема ситуацiй для регулю-вального гальмування S18;
якщо струм ТЕД перевищуе встанов-лений - оцшити поточний та подальший профiль коли, час перевантаження ТЕД i вщповщно вiдрегулювати струм. Схема ситуацш для регулювання струму ТЕД S19.
Графiчно схема ситуацiй S1 представлена на рисунку 4.
Рис. 4. Схема ситуацш для рушання по'1'зду S1
Висновки
В робот розроблено модель предста-влення керуючо'1 дiяльностi машинюта локомотива пiд час ведення по'1'зду у виглядi схем ситуацш з використанням лопки предикатив першого порядку. В такому виглядi модель можна використовувати при розро-бцi бази знань для бортово'1 СППР. Пiсля того, як схема побудована i логiка бази пе-ревiрена фахiвцями, потрiбно переходити до програмно'1 реалiзацiï iнтелектуальноï системи.
Список лггератури:
1. Thierauf R.J. Decision Support Systems for Effective Planing and Control.-N.J: Prentice Hall, 1982. - 536 p.
2. Скалозуб, В. В., Соловьев В. П., Жуковицкий И. В., Гончаров К. В. Интеллектуальные транспортные системы железнодорожного транспорта (основы инновационных технологий) - Д. : Изд-во Днепропетр. нац. ун-та ж.-д. трансп. им. акад. В. Лазаряна, 2013. - 207 с.
3. Логический подход к искусственному интеллекту. от классической логики к логическому программированию / А. Тэйс, П. Грибомонт, Ж. Луис и др.: Пер. с фр. М.: Мир, 1998. - 494 с.
4. Девятков В.В. Системы искусственного интеллекта. М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 352 с.
5. Поспелов ДА. Ситуационное управление. Теория и практика. М.: Наука, 1986. - 228 с.
6. Rautenberg W. A Concise Introduction to Mathematical Logic. New York: Springer Science, LLC, 2010. - 318 p.
7. Горобченко О. М Формалiзацiя задачi поточно! оцшки безпеки руху при управлшш локомотивом //Збiрник наукових праць Державного економшо-технолопчного унiверситету транспор-ту Мiнiстерства освiти i науки Украши: Серiя «Транспорты системи i технологи». - Вип. 24. - К.: ДЕТУТ, 2014. - С. 214-221
Spisok literaturi:
1. Thierauf R.J. Decision Support Systems for Effective Planing and Control.-N.J: Prentice Hall, 1982. - 536 p.
2. Skalozub, V. V., Solov'ev V. P., ZHukovickij I. V., Goncharov K. V. Intellektual'nye transportnye sistemy zheleznodorozhnogo transporta (osnovy innovacionnyh tekhnologij) - D. : Izd-vo Dnepropetr. nac. un-ta zh.-d. transp. im. akad. V. Lazaryana, 2013. - 207 s.
3. Logicheskij podhod k iskusstvennomu intellektu. ot klassicheskoj logiki k logicheskomu programmirovaniyu / A. Tehjs, P. Gribomont, ZH. Luis i dr.: Per. s fr. M.: Mir, 1998. - 494 s.
4. Devyatkov V.V. Sistemy iskusstvennogo intellekta. M.: Izd-vo MVTU im. N.EH. Baumana, 2001. - 352 s.
5. Pospelov D.A. Situacionnoe upravlenie. Teoriya i praktika. M.: Nauka, 1986. - 228 c.
6. Rautenberg W. A Concise Introduction to Mathematical Logic. New York: Springer Science, LLC, 2010. - 318 p.
7. Gorobchenko O. M Formalizaciya zadachi potochnoi ocinki bezpeki ruhu pri upravlinni lokomotivom //Zbirnik naukovih prac' Derzhavnogo ekonomiko-tekhnologichnogo universitetu transpor-tu Ministerstva osviti i nauki Ukraini: Seriya «Transportni sistemi i tekhnologii». - Vip. 24. - K.: DETUT, 2014. - S. 214-221
Аннотацп:
Розроблено модель представления керуючо! д1яльносл машишста локомотива пвд час ведення по!зду у вигляд1 схем ситуацш з використанням лопки предикапв першого порядку. Модель е основою для розробки бази знань для бортово! локомотивно! СППР.
Ключовi слова: лопка предикапв, машишст, прийняття ршень, по!зна ситуащя
Разработана модель представления управляющей деятельности машиниста локомотива во время ведения поезда в виде схем ситуаций с использованием логики предикатов первого порядка. Модель является основой для разработки базы знаний для бортовой локомотивной СППР.
Ключевые слова: машинист локомотива, логика предикатов, принятие решений, поездная ситуация
A model is developed to represent the management activities of a locomotive engineer during the train in the form of diagrams situations using predicate logic of first order. The model is the basis for developing a knowledge base for on-Board locomotive DSS.
Keywords: locomotive engineer, predicate logic, decision making, and a train situation
УДК 532.781-785-548.1
ОСТAПЕНКО ВВ., ассистент (ДонНAСA), ЛУКЬЯНОВ A3., д.т.н., профессор (ДонНAСA),
