Российские разработчики задались вопросами о том, как увеличить пропускные способности железнодорожной магистрали без изменения инфраструктуры, сократить время восстановления графика движения поездов после непредвиденных инцидентов и помочь поездному диспетчеру спрогнозировать развитие событий в сложной обстановке.

По железным дорогам в России перевозят более 70 миллионов пассажиров в месяц и 1,4 млрд тонн грузов в год. Чем больше поездов - тем сложнее организовать их движение, то есть составить расписание.

Каждые 6 месяцев расписание составляют сразу для всех железных дорог. в России их 85 тысяч километров. Существует такая должность - графист: эти люди знают правила инженерных расчетов, знают, как как работает локомотив и устроен вагон, с какой скоростью они движутся, скорость движения, какое расстояние между станциями и так далее.

Чтобы сделать расписание, нужно много времени, и необходим учет огромного количества различных факторов. Возникает проблема в том случае, если времени нет - например, из-за внештатной ситуации срочно нужно принимать решение, подстроиться под условия и учесть все факторы, включая особенности поездов на участке.

Для этих случаев и нужны нейросети.

Российские разработчики создали интеллектуальную систему управления движением поездов (ИСУДП) «Прогноз». В её основе – нейросеть, которая учитывает около 30 дополнительных параметров: наличие других составов на пути или изменение скорости поезда из-за изменения ландшафта. Это позволит создавать более точные расписания без участия человека максимум за 5 секунд. Разработка будет полезна железнодорожным и логистическим компаниям, она рассчитана в первую очередь на диспетчеров.

«На всех железных дорогах основным критерием нормальной работы является неукоснительное соблюдение нормативного графика движения. При любых аварийных или нестандартных ситуациях, когда расписание нарушается главной задачей диспетчера является введение всех поездов в нормативный график. Вот именно в эти моменты скорость принятия оптимального перестроения графика для ликвидаций нарушений является наиболее критичной. Оперативно, за секунды, предложить самое оптимальное решение оказывает диспетчеру неоценимую помощь», – рассказали разработчики системы из Центра компетенций НТИ «Искусственный интеллект» на базе МФТИ.

Разработка

По теме составления расписания проходят даже международные конкурсы, на которых можно найти датасеты.

А разработчики использовали данные с реальной дороги – 125 километрового однопутного диспетчерского участка Унегт – Эмээлт Монгольской (Улан-Баторской) железной дороги. В данных - отметки времени о прохождении участков дороги, автоматически поступающие из устройств автоматики и телемеханики (управляющие вычислительные комплексы). Эти данные можно преобразовать в простой график расстояния от времени. На рисунки они указаны - это нитки движения поездов.  

Но данные - не всегда полные. 20% может получиться распознать, а еще 80% теряются. Это приводит к разрывам в графике. Данные нужно восстановить - для этого применяют программный блок имитационного моделирования движения поездов с использованием вычислительно-моделирующего стенда, имитирующего работу устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.

Стенд помогает воссоздать реальные участки дороги, которые могут учитывать все параметры и восстанавливать маршруты следования поездов.

Затем для составления расписания учитывается порядка 30 правил, в том числе:

• уникальный идентификатор,

• информацию о маршруте, содержащую данные о времени прибытия и стоянке на станциях, а также список всех станций, на которых должен останавливаться поезд,

• правила изменения скорости поезда в зависимости от показаний системы сигнализации, 

• особенности движения различных подвижных единиц (например, ускорение и замедление, начало или окончание движения), 

• зависимости скоростных характеристик от физических параметров поезда, 

• приоритетности типов поездов и др.

В итоге на выходе получается модель имитационного движения поездов на заданном участке.

Испытания

Заказчиками системы был «Дивизион ЖАТ Группы компаний 1520», это основной производитель и поставщик микропроцессорных систем управления на ж/д транспорте в России и ближнем зарубежье. Система позволила расширить функционал уже используемых разработок.

ИИ-модули позволяют оптимально перестроить график движения поездов, предложив на выбор диспетчера несколько вариантов, оптимизированных с различными приоритетами. Диспетчер выбирает наиболее подходящие изменения и подтверждает их. Также модули рассчитывают прогнозную ситуацию, показывают диспетчеру, как при текущей поездной ситуации будет происходить развитие событий, подсказывают, как при каждом из прогнозов исправить ситуацию.

Система имеет возможность прогнозировать поездную ситуацию не только отдельных событий, но и для всех поездов обслуживаемого участка и всех событий на заданную глубину времени. Прогноз актуален на глубину не более 6 часов, на большее время вероятность развития событий снижается.

«ИСУДП «Прогноз» позиционируется как система помощи принятия решений. Соответственно она интегрируется в существующие и перспективные системы диспетчерской централизации и диспетчерского контроля как инструмент оперативной помощи поездному диспетчеру в принятии решений в сложных ситуациях. Помимо того, разработанный функционал позволил осуществлять не только оперативное изменение графика, но и использовать ее для построения наиболее оптимального нормативного графика, а также для прогнозирования развития поездной ситуации. Устанавливается система у поездного диспетчера совместно с системами ДК и ДЦ», – отметили разработчики системы.

На данный момент в системе используется три независимых модуля искусственного интеллекта, каждый из которых имеет свои методы обработки данных. По итогам опытной эксплуатации будет выбран лучший метод, или на базе всех трех будет создан модуль синергетической обработки.

Разработка Центра компетенций НТИ по функционалу находится на уровне лучших мировых разработок, а по некоторым параметрам их опережает.

Испытания

«Прогноз» может заменить зарубежные системы управления на ж./д.: TPS online, Controlguide OCS, ARAMIS, DAVINCI. Систему уже испытали, площадку для опытной эксплуатации продукта предоставила Казахская железная дорога. На участке, где внедрили систему, уже действует система интервального регулирования движения поездов по радиоканалу СИРДП-Е - то есть поезда выдерживают интервал движения, обмениваясь данными о своем местоположении посредством радиообмена. «Прогноз» позволил планировать перестроение графиков, создавать нормативные графики движения, а также вести график исполненного движения, используя информацию, получаемую непосредственно с локомотивов по радиоканалу. Система установлена в диспетчерском центре г. Алма-Аты на участке Жетыген - Алтынколь.

Была отлажена работа по передаче данных в систему с локомотивов, оборудованных радиоблокировкой, занесения данных поездов из различных источников, также был обучен персонал участка работе с системой. В целом работа системы получила одобрение комиссии под председательством Главного инженера Казахской железной дороги.

Планы по развитию

Функционал системы постепенно расширяется - например, появилась возможность работы с различными типами и системами интервального регулирования движения поездов. Доработан функционал расчетов прогнозирования ситуаций на многопутных участках, что повысило точность и сократило время расчетов.

В Центре компетенций НТИ отметили: «Развиваются возможности учета критических особенностей инфраструктуры участка, таких как негабаритные места на станциях, длинны и спецификации путей, возможности электрических сетей на электрифицированных участках и другие. При дальнейшем развитии система сможет в полной мере применяться для построения нормативных графиков движения, а также при интеграции с другими системами планировать оптимальную подвязку локомотивов к поездам, оптимально подбирать время для проведения ремонтных работ с наименьшими потерями для нормативного графика».