Введение к работе
Актуальность темы исследования.
В соответствии с постановлением Правительства РФ от 15 июля 2010 г. № 525 «Об утверждении технического регламента о безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта» (ТР), в частности п. 34: б - «… непрерывный контроль технического состояния устройств сигнализации, централизации и блокировки на станциях и перегонах…»; в – «… выполнение требуемой последовательности взаимозависимых операций…»; д – «… обеспечение контроля предотказного состояния устройств железнодорожной автоматики и телемеханики…», необходимо использовать передовые инновационные технологии современных технических средств, обеспечивающие требуемые уровни безопасности и надежности, а также расширенные функциональные возможности систем управления по сравнению с существующими релейными аналогами.
На заседании правления ОАО «РЖД» (октябрь 2010 г.) по рассмотрению методов повышения надежности работы технических средств и обеспечению безопасности движения в качестве приоритетных на 2011 год были определены следующие задачи: проведение системного анализа причин отказов; совершенствование методов расследования, учета и принятия мер по предупреждению аварийности; повышение качества ремонта объектов инфраструктуры за счет совершенствования технологических процессов; ужесточение требований к качеству поставляемой продукции; выделение приоритетов в инвестиционных программах для обеспечения высокого уровня безопасности движения.
Один из путей решения поставленных задач – внедрение микропроцессорных и релейно-процессорных электрических централизаций, наиболее полно отвечающих задачам создания интегрированной системы управления движением поездов со встроенными функциями линейного пункта диспетчерской централизации и средствами диагностики. Такое решение позволит не только сократить затраты и время на внедрение (поскольку избавит от необходимости установки сторонних диагностических систем), но и ускорит процесс пусконаладки.
В данной работе поставлена задача развития функциональных и интеллектуальных возможностей диагностирования системы диспетчерской централизации ДЦ-Юг с РКП и релейно-процессорной централизации РПЦ-ДОН, используя новый подход, базирующийся на методах искусственного интеллекта.
Новизна и актуальность постановки задачи диссертационного исследования состоит в разработке методов исследования мониторинговых и диагностических функций систем управления движением поездов (СУДП), а также методов идентификации аномальных процессов в них.
Степень разработанности проблемы. Постановке перечисленных в диссертации задач предшествовали многочисленные теоретические исследования, труды и практические разработки ученых и специалистов в России и за рубежом.
Проблемы развития железнодорожного транспорта, ориентирующие разработчиков на поиск инноваций и учет экономических критериев, поставлены и освещены в многочисленных работах С.Е. Ададурова, В.А. Гапановича, В.М. Кайнова, В.И. Колесникова В.И. Якунина.
Решению важных теоретических и практических вопросов создания современной технологии управления, исследования и моделирования сложных объектов и процессов, анализа и синтеза устройств автоматики и телемеханики, разработке многофункциональных микропроцессорных систем, их программного обеспечения и диагностики, формирования технической политики и стратегии дальнейшего развития СЖАТ посвящены работы А.Н. Гуды, И.Д. Долгого, Ю.И. Жаркова, В.Н. Иванченко, А.И. Каменева, Ю.А. Кравцова, Е.Н. Розенберга, В.В. Сапожникова, Вл.В. Сапожникова, Д.В. Шалягина Д.В. Швалова и др.
В настоящей работе анализируются и развиваются подходы к интеллектуализации процессов диагностирования, идентификации сложных процессов управления, изложенные в работах Л.С. Берштейна, В.Н. Вагина, В.П. Гладуна, С.М. Ковалева, Н.Н. Лябаха, Д.А. Поспелова, В.Б. Тарасова, А.Н. Шабельникова и др.
Вместе с тем, реализация предлагаемых в анализируемых источниках методов описания технологических процессов, автоматизации диагностирования и мониторинга устройств сигнализации централизации блокировки (СЦБ) требует: развития имеющихся теоретических и методических результатов, формализованных процедур моделирования и принятия решений; разработки информационного, технического и алгоритмического обеспечения, развития.
Цель диссертационного исследования – разработка методов идентификации, мониторинга, диагностирования и защиты, обеспечивающих расширение функциональных возможностей СУДП, в частности, диспетчерской централизации ДЦ-Юг с РКП и релейно-процессорной централизации РПЦ-ДОН, и создание в их составе многофункциональной интеллектуальной подсистемы, реализующей задачи диагностирования предотказного состояния объектов контроля, выявления аномалий в технологических процессах.
Для достижения этого в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:
– дано обоснование основных направлений развития СУДП и анализ актуальных путей расширения их функциональных возможностей;
– разработана новая динамическая модель интерпретации сложных отказов железнодорожной автоматики и телемеханики в виде темпоральных пирамидальных сетей (ТМПС);
– разработан метод идентификации полномочий оперативно-диспетчерского персонала для доступа к ресурсам систем управления;
– разработан метод диагностирования предотказного состояния устройств ЖАТ с применением аппарата растущих пирамидальных сетей на примере системы «стрелочный перевод – электродвигатель»;
– разработана модель выявления аномальных сообщений в сетевом трафике СУДП с целью повышения защиты информации и программного обеспечения.
Объектом исследования диссертации являются методы контроля, диагностики и мониторинга сложных технологических объектов и процессов на основе использования интеллектуальных классов адаптивных сетевых моделей.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований: элементы теории множеств, элементы теории графов, элементы темпоральной логики, элементы теории растущих пирамидальных сетей.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
-
Обоснована возможность применения растущих пирамидальных сетей в качестве интеллектуальной модели поддержки процессов диагностирования устройств ЖАТ в составе СУДП, позволяющей устанавливать предотказные состояния технических средств.
-
Разработан новый класс адаптивных сетевых моделей – для выявления аномальных процессов в динамических базах данных диагностических систем.
-
Предложен новый метод реализации темпоральных обобщений в динамических базах данных, позволяющий обеспечить более компактное представление формализованных знаний в информационных базах систем управления движением поездов.
-
Для СУДП разработаны следующие модели:
– модель диагностирования предотказного состояния устройств ЖАТ (на примере идентификации неисправностей стрелочного привода), основанная на применении аппарата растущих пирамидальных сетей к задачам железнодорожного транспорта.
– модель идентификации полномочий диспетчерского персонала по его биометрическим характеристикам для допуска к ресурсам систем диспетчерского управления.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
-
Разработаны методы и модели, обеспечивающие решение задач диагностирования предотказного состояния устройств ЖАТ и выявления аномалий в технологических процессах.
-
Разработаны методы, модели и алгоритмы идентификации полномочий оперативно-диспетчерского персонала для доступа к ресурсам систем диспетчерского управления.
-
Разработаны методы, модели и алгоритмы идентификации «сетевых атак» при функционировании системы ДЦ-Юг с РКП.
-
Акты о внедрении результатов на диспетчерских участках железных дорог ОАО «РЖД» и в учебном процессе кафедры «Автоматика и телемеханика» на железнодорожном транспорте приведены в Приложениях к диссертации.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и результатов, сформулированных в диссертационной работе, подтверждаются результатами вычислительных экспериментов на практических и модельных задачах, публикациями и апробацией работы на региональных, отраслевых и внутривузовских научно-технических конференциях, а также актами внедрения результатов работы. Работа соответствует следующим пунктам специальности 05.13.06: п.6, п.12, п.14.
Реализация результатов работы. Научные результаты работы включены в НИР, выполняемые лабораторией систем диспетчерского контроля и управления РГУПС. Ряд разработок нашел свое применение в учебном процессе кафедры «Автоматика и телемеханика» на железнодорожном транспорте, а также в реализации внедренной на сети железных дорог системы ДЦ-Юг с РКП.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались и одобрены на совместном заседании кафедр «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» и «Информатика» ФГБОУ ВПО РГУПС, четвертой, пятой научно-технической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва 2003 г., 2004 г.), всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2004, 2005» (Ростов-на-Дону 2004г., 2005 г.), третьей всероссийской научно-практической конференции «НСМВ-2009» (Волгоград 2009 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 4 работы в изданиях, входящих в список ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 179 стр., включая 31 рис., 36 табл., список использованных источников из 104 наименований работ отечественных и зарубежных авторов, 24 стр. приложений и актов о внедрении.
