Методи удосконалення системи змінно- добового планування на основі теорії нейроних мереж Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

5 Методические указания по определению экономической эффективности капитальных вложений и технических решений в транспортном строительстве. - М.: Оргтрансстрой, 1976.

6 Крячко В.1. Розрахунки та проектування основних пристро1в на залiзничних станцiях /Навчальний посiбник, Ч.1, 2 - ХарДАЗТ, 2001.

7 Крячко В .И. Требования к проектированию основных устройств на раздельных пунктах. Проектирование малых раздельных пунктов /Конспект лекций. - Харьков, УкрГАЖТ, 2002.

УДК 656.025:510.223

Лаврухт О.В., доцент (УкрДАЗТ) Бочаров О.П., заступник директора (ПКТБ АСУЗТ УЗ)

Горбачов О.А. (Швденна залiзниця)

МЕТОДИ УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМИ ЗМ1ННО-ДОБОВОГО ПЛАНУВАННЯ НА ОСНОВ1 ТЕОР11 НЕЙРОНИХ МЕРЕЖ.

Вступ. В юнуючих умовах формування ринку транспортних послуг постае питання удосконалення технологи роботи основних зашзничних шдроздшв з безумовною ор1ентащею !х д!яльносп на задоволення основних (надання вагошв тд перевезення, своечасну доставку вантажу, забезпечення схороншсть вантажу...) та додаткових (надпланове надання вагошв тд перевезення вантажу, надання оперативно! та достов!рно! шформацн у реальному режим! часу, щодо дислокацп вагошв, надання попередньо! { точно! шформацн...) вимог вантажовласниюв. Основою рацюнального виконання поставлених задач е система змшно-добового планування. [1, 2].

Аналiз проблеми. В даний час, зпдно звггних даних Укрзал!знищ, спостершаеться р!зк! коливання обсяпв перевезень (рисунки 1-3), як! у бшьшост випадк!в обумовлен! сезонним фактором та фактором наближення до званого перюду [3, 4]. Факт наявност! зазначених коливань спричиняе серйозш труднощ! при плануванн! роботи зал!зниць, яка пов'язана з орган!зац!ею ! просуванням вагонопоток!в, що в свою чергу негативно вщбиваеться на рацюнальному використання основних засоб!в

транспорту. В таких умовах досить важко ч^ко спланувати роботу шдроздшв, що тягне за собою необхiднiсть постшного оперативного втручання у розробленнi змiнно-добовi плани (оперативнi корегування планiв по 4- 6- годинних штервалах). Але оперативне втручання в свою чергу ускладнюеться i фактично втрачае сенс оперативност з-за низького рiвня автоматизаци процесу планування та монiторингу виконання плашв експлуатацшно! роботи. Цей факт негативно впливае на об'ектившсть розробки та корегування змшно-добових планiв, що в свою чергу фактично призводить до втрати можливють швидкого реагування та оперативного втручання в процес управлшня перевезеннями ще на еташ складання змiнно-добових планiв роботи. Основного значення при змшно-добовому плануванш набувае впив так званого "людського фактору", що безпосередньо може впливати на ращональне використання вагонiв, локомотивiв, локомотивних бригад, ПРМ та юнуючого колiйного розвитку. Тому в тепершнш час набувае актуальнiсть автоматизацiя технологи змiнно-добового планування, що виключае вплив людського фактору i дозволяе розробляти ращональний змiнно-добовий план.

тис.тонн 1200,0 -, 1150,0 1100,0 1050,0 1000,0 950,0 900,0 850,0 800,0

2003

Укрзалiзниця

2004

2005

1157,7

1129,6

1077,7

990,4

1037,4

028,1 ,7

мюяць

Рисунок 1 - Динамжа змши середньодобового навантаження по

мюяцях

Рисунок 2 - Динамжа змши середньодобового вивантаження по

мюяцях

Рисунок 3 - Динамжа змши середньодобового робочого парку вагошв

по мюяцях

Для розробки ефективно! системи змшно-добового планування та оперативного корегування плашв роботи необхщно поставити загальш задач1 дослщження:

- проанашзувати iснуючу технологiю оперативного планування поИзно! та вантажно! роботи та визначити вузьк мiсця i недолжи ще1 технологи на рiзних рiвнях управлiння;

- проаналiзувати особливостi виконання змшно-добових планiв в умовах конкретних зашзниць;

- розглянути рiзнi методи прогнозування, як використовуються на даний момент для покращення розробки оперативних плашв по!зно1 та вантажно! роботи та сучасш методи, якi доцшьно використовувати для врахування нечiткостi ситуацш при плануваннi;

- сформувати систему чинниюв, що впливають на процес формування плану;

- проанашзувати i удосконалити систему форм докумеилв, що мiстять необхщну iнформацiю для формування плану;

- розробити комплексний критерш ефективностi змшно-добового плану для вибору найбiльш ращонального;

- розробити комплекс задач, що буде виршувати автоматизована система змшно-добового планування;

- вщповщно до поставлених вище задач розробити автоматизовану систему формування яюсного змiнно-добового плану рiвня залiзницi, причому розробка i реалiзацiя зазначено! системи повинна виконуватися в два етапи. На першому етат розробляеться iнформацiйно-довiдкова система, яка акумулюе в собi всю нормативну документащю та iнформацiю по розроблених планах i 1х виконанню у реальному режимi часу. На другому етат розробляеться система шдтримки прийняття ршень, яка на основi аналiзу оперативних даних надае найбшьш рацiональнi варiанти розробки, виконання та оперативного корегування змшно-добових плашв.

Постановка задачi дослiдження. Стан регулювання перевiзного процесу безперервно пов'язаний з оперативним плануванням експлуатацшно! роботи. Фактична по!зна обстановка за кожну добу в основному вiдрiзняеться вщ тiеl середньо!, яка передбачаеться при складанш технiчних норм експлуатацшно! роботи.

Як на Пiвденнiй так i на всiх iнших залiзницях Укра!ни метою оперативного планування роботи е забезпечення в конкретних умовах даного вiдрiзку часу (доби, змши) виконання встановлених техшчними нормами показникiв експлуатацiйноl роботи [4, 5].

Оперативне планування е важливим засобом у забезпеченш р1вном1рност1 в по1знш { вантажнiй роботi й виконанш графiка руху поlздiв.

Основним завданням оперативного планування по!зно1 ! вантажно! роботи е визначення на запланований перюд:

- кшькоси ! часу вщправлення по!зд1в 1з сортувальних, дшьничних ! вантажних станцш;

- розмир1в руху на вс1х дшьницях зал1знищ ! передача по!зд1в ! вагошв по стикових пунктах м1ж державами, зал1зницями ! дирекщями;

- потреби в локомотивах ! локомотивних бригадах для забезпечення встановлених розм1р1в руху;

- потреби в пересилання локомотив1в ! локомотивних бригад в межах дшьниць 1х обертання;

- обсяпв навантаження в цшому, за родом вантаж1в, типом рухомого складу та його приналежшстю й власшстю;

- вивантаження в цшому ! за родом рухомого складу, його приналежшстю ! власшстю;

- кшькоси вагошв, що шдлягають передач1 по регулювальному завданню за належшстю ! порядку 1х вщправлення ! просування;

- кшькосп утримання ! передач! вагошв власносл кра!н СНД ! Балти;

- к1лькост1 власних вагошв, як! приймають участь у перевезеннях;

- завдань на розвезення мюцевого вантажу ! порожшх вагошв шд навантаження;

- показниюв використання рухомого складу.

Таким чином стае очевидним, що розробка оперативного плану по!зно1 1 вантажно! роботи е складною багатофакторною задачею з неоднозначним ршенням. Тобто яюсний анал1з, розрахунок та врахування розглянутих вхщних параметр1в плану безпосередньо виплавае на яюсть експлуатац1йно! роботи { мае багато вар1ант1в 11 реал1зацИ. Цей факт накладае великий р1вень в1дпов1дальност1 на прац1вник1в, яю розробляють зм1нно-добов1 плани, збирають зв1тну та оперативну 1нформац1ю, безпосередньо виконують план робгг тому що помилка в однш ланц1 цього ланцюга може привести до значних експлуатацшних збитюв. Усунути таку помилку { вщновити ритм1чну роботу пол1гону дуже складно. Так, наприклад, при прогноз! закшчення формування вантажного по1'зду маневровий диспетчер замовляе по1зний локомотив у по1зного диспетчера, який в свою чергу повинен узгодити надання локомотива з локомотивним диспетчером на певний час. Але нерщю випадки, коли при шдход1 локомотива до станци формування по1'зд ще фактично не сформований { тому прибувши на станщю локомотив буде простоювати в очшуванш зак1нчення формування. При цьому на ще1" же дшьнищ може бути вже готовим до вщправлення 1нший по1'зд, який знаходиться на прилеглих

станщях, але локомотив пiд нього може ще не прибути. В таких умовах необхщно прийняти оперативне обгрунтоване рiшення по перерозподiлу локомотивiв, а якщо технiко-економiчне обгрунтування доведе неращональшсть такого регулювання потрiбно буде прийняти альтернативш заходи. Фактично людина, яка приймае рiшення, не в змозi виконати зазначенi операцп у оперативному режим, що робить подальшi дп стосовно дано! ситуаци недоцiльними. В такш ситуаци доцiльно покласти розрахунки на автоматизовану систему, яка швидко розрахуе ращональш варiанти розвитку ситуаци, а людина, яка приймае ршення обере бiльш доцiльний або вщхилить у разi неможливостi системи врахувати форс мажорш обставини. Тобто необхщно розробити систему пiдтримки прийняття ршень, в основу яко! буде покладено принципи самонавчання i врахування нечггкоси ситуацiй, що дасть можливiсть бшьш якiсного складання та корегувати змшно-добового плану i як слiдство покращити рiвень використання вагонного i локомотивного парку, пристро!в навантаження-вивантаження, колiйного розвитку, людських ресурсiв i т.д.

Розробка алгоритму та математичног модель Поставлену задачу оперативного перерозподшу локомотивiв в загальному виглядi можливо вирiшити на основi методiв неч^ко! логiки та нейроних мереж.

Зпдно умов юнування ринку транспортних послуг доцiльно одним з критерив рацiонального розподiлу локомотивного парку обрати економiчний. Таким чином на прикладi моделювання нейрону, який в подальшому стане частиною персептрону, можливо розробити модель вибору найбшьш ращонального з економiчноl точки зору варiанту перерозподiлу локомотивного парку у оперативному режимь

Постановка задачi може виходити з визначення мшмальних експлуатацшних витрат та максимальних прибуткiв, тобто повинш виконуватися наступнi умови:

еВТ ^ min, е- ^ max.

Згiдно [6] подальше представлення алгоритму побудови нейроно! мережi можливо у виглядi просто! нейроно! мережi, яка мютить один нейрон (рисунок 4).

В даному випадку можливо у якост функцп активаци o = f (net) мережi обрати функщю сигмощного типу:

ГГ1 ^

О = вЫ1 х) =-тр— , (1)

х

1 + е

де хт = (х ..,хп) - вектор вхiдних сигналiв (значення

експлуатацшних витрат);

т

w = (^,.., wn) - ваговий вектор мережi (значення, як надаються певним значенням експлуатацiйних витрат).

Рисунок 4 - Нейронна мережа визначення економiчноl доцшьност рацiонального перерозподшу локомотивiв

Для адекватного функцiонування моделi нейронно! мережi необхiдно визначити вибiрку та алгоритм навчання. Таким чином вибiрка буде мати вигляд:

х = (х1 , х2 хя) , у ,

1 = (2 2 2) Т 2

х = (х1 , х 2 ,..., хп ) , У ,

х = (х1 , х 2 ,..., хп ) , У

де ук, N = 1, к - значення виходу, тобто конкретна величина, яка характеризуе економiчнi витрати при обрано! стратеги.

В якост функци помилки для к-го елемента вибiрки навчання доцiльно прийняти величини, пропорцшну квадрату рiзностi потрiбного виходу та виходу мережi:

Ек = 2(ук -вк)2 = 2(ук -вк(wтxk))2 = 2(Ук -(2)

Вiдповiдно, сумарна функщя помилки по всiх елементах вибiрки дорiвнюе:

N

Е = 1 Ек , (3)

к=1

В даному випадку задача навчання мережi зведено до тдбору такого вектора w, при якому досягаеться мiнiмум Е. Згiдно [6] поставлену задачу можна виршити градiентним методом, використовуючи спiввiдношення:

w := w - г/Ек (w), (4)

де Ек (w) - вектор градiента; П - константа.

Згiдно з цим в розгорнутому виглядi вектор дорiвнюе:

Ек( w) = й

1 \2Л

дм

2

к 1

Ук

1 _1_ п-w х

V 1 + е у у

= -(Ук - вк )вк (1 - вк)хк, (5)

Таким чином одержано можливють записати алгоритм корегування вектора вагових коефщеш!в мережi в наступнiй формг

w := w + п(Ук - вк )вк (1 - вк)хк = w + г/Зкхк, (6)

де

^ = (Ук - ок)ок(1 - ок), (7)

Висновки. Таким чином одержат математичт вирази повтстю визначають алгоритм навчання нейронно! мережi визначення економiчноl

доцшьносп рацiонального оперативного перерозподiлу локомотивного парку.

В межах дано! роботи не можливо вщобразити загальну модель доцшьносп перерозподiлу парку локомотивiв, яка повинна враховувати час сл1дування локомотиву до станци формування по'зда, затримки на шляху прямування локомотива, час закшчення формування по'зда, порiвняльну характеристику певного набору варiантiв.

При створеннi багатошарово! нейронно! мережi буде одержано можливють пошуку рацiональних варiантiв розподiлу техшчних засобiв (локомотивiв, вагонiв), а впровадження до алгоритму розрахунку основних положень теори нечпких множин дозволить створити систему тдтримки прийняття рiшень оперативного персоналу при змшно-добовому плануваннi та його корегуванш.

Список лтератури

1. Шиш В.О., Яновський П.О, Семенюк М.Й., Бочаров О.П., Липовець Н.В., Романенко Н.В., Островська А.В. Практичш рекомеидацп з технолого-економ1чного управлшия експлуатацшною роботою зад1зниць. Наказ № 412-Ц вщ 10.11.2006. - Ки1'в, 2007.

2. Бутько Т.В, Лаврухш О.В. Удосконалення технологи оргашзацп перевезень в умовах невизначеносп на основ1 рацюнального використаиия засоб1в транспорту. Зб. наук. праць. - Донецьк: Дои1ЗТ, 2006. - Вип. 8. - С. 21-29.

3. Бутько Т.В., Лаврухш О.В. Планування перевезень вантажу на основ! рацюнально'! оргашзацп вагонопотоюв на зал1знищ 1з застосуваииям теорп иеч^ких множин // Схiдио-Gвропейський журнал передових технологш.2004. - Спецвипуск 7 [1]. - С. 16 - 19.

4. Данько М.1., Лаврухш О.В. Прогнозування розподшу вагонопотоюв на основi теорп иечiтких множин // Iиформацiйио-керуючi системи на задiзиичиому траиспортi. - Харюв, 2004. - Вип. № 2. - С. 80 - 83.

5. 1нструкщя з оперативного планування по'зно!' i ваитажио! роботи иа залiзницях Укра'ии, затверджеиий наказом Укрзалiзницi вiд 15 грудия 2004 року № 969-ЦЗ, ЦД-0052.

6. Барский А.Б. иейроииые сети: распознавание, управление, принятие решений // Финансы и статистика. - Москва, 2004.