Аннотация
Эта статья была написана мной и опубликована в отраслевом научном журнале более четверти века назад, когда я работал в головном НИИ железнодорожной отрасли (ВНИИЖТ МПС) в должности заместителя заведующего лабораторией и занимался вопросами научно-методического обеспечения задач управления производственными процессами путевого хозяйства железных дорог России, автоматизацией функций и применением информационных технологий для нужд путевого хозяйства.
В статье рассматриваются вопросы управления техническим состоянием объектов путевого хозяйства с применением информационных технологий, в частности:
даётся краткий обзор управленческого цикла (принятия и реализации управляющих решений на основе анализа текущего состояния объекта);
описываются варианты анализа;
описываются особенности автоматизации задач управления и специфика представления и обработки данных для них;
описывается подход к специфическому представлению данных по участкам с постоянными параметрами (модели данных "Матрица УПП") для возможности обработки разнородных данных по непрерывному распределённому объекту (аналог OLAP-куба);
даются рекомендации по применению информационных технологий с использованием модели данных "Матрица УПП".
Введение. Чем и как управляем?
В основе эффективной эксплуатации любого технического объекта лежит управление его состоянием, то есть непрерывный процесс формирования и реализации управляющих воздействий на объект управления на основе анализа его текущего состояния и прогноза изменения состояния на перспективу.
При этом необходимо отметить, что под объектом управления следует понимать именно состояние (причем распределённое во времени состояние есть процесс), но не сам технический объект (то есть путь, сооружение и тому подобное).
Процесс управления включает в себя последовательную цепочку:
получение информации о состоянии объекта (диагностика, расчёт вспомогательных данных);
анализ состояния объекта (выявление отклонений показателей состояния объекта от нормативных значений);
формирование управляющего воздействия (определение мер и количественных параметров воздействия по удержанию объекта в пределах установленных норм);
реализация управляющего воздействия на объект управления (разработка, организация и реализация мероприятий по нормализации состояния технического объекта) (Рис. 1).
Блок диагностики состояния представляет собой систему сбора информации о состоянии объекта. В качестве источников информации, в зависимости от контекста задачи, выступают либо непосредственная диагностика состояния технических объектов, либо расчётные параметры, определяемые по установленным методикам и алгоритмам на основе других показателей (как правило, в функции времени, пропуска тоннажа и тому подобное).
Аналитический блок в данной цепочке отвечает за качественную и количественную оценку состояния объекта, которая необходима для определения потребности применения воздействий на объект управления с целью удержания его состояния в рамках установленных нормативов.
Блок принятия управляющего решения отвечает за формирование корректного и обоснованного решения о воздействии на объект управления; в этом же блоке формируются параметры управляющего воздействия.
Стоит отметить, что блок принятия решения — это функциональный элемент системы управления (как автоматизированной, так и неавтоматизированной), но никак не техническое устройство, как иногда ошибочно его понимают.
В силу этого формирование воздействия (принятие управляющего решения) есть организационный процесс, в центре которого находится ЛПР — «лицо, принимающее решение», то есть человек (или организация), в чьи должностные функции входит руководство и управление производственными процессами соответствующего уровня.
Реализация воздействия на объект управления осуществляется соответственно конкретной задаче управления. Для управления техническим состоянием объекта производится реализация соответствующих мероприятий и технологических процессов по приведению технического состояния этого объекта в установленные нормативами рамки. При этом для нормального функционирования цепи управления необходимо наличие дополнительных элементов, обеспечивающих работу и развитие системы. С их учётом схема цепи управления будет выглядеть следующим образом (Рис. 2):
В этой схеме для обеспечения реализации управляющего воздействия вводится дополнительный блок материально‑технического и кадрового обеспечения. Кроме того, вводится блок оценки эффективности процесса управления, который, в частности, предусматривает на выходе изменение нормативно‑технической документации, регламентирующей:
порядок сбора информации о состоянии объекта;
критерии и нормативы анализа состояния объекта,
нормативы формирования и реализации управляющего воздействия,
нормы и правила формирования и распределения материально-технических и кадровых ресурсов;
нормы и правила организации и технологии проведения ремонтно-восстановительных работ.
Таким образом, управление техническим состоянием объектов представляет собой непрерывный замкнутый процесс наблюдения за объектом, анализа его текущего состояния с прогнозом развития, формирования и реализации управляющих воздействий, направленных на поддержание состояния объекта в рамках установленных норм.
Анализ состояния объекта
Анализ состояния объекта является инструментом информационной поддержки принятия управляющего решения, являясь неотъемлемой частью конкретной функции управления. Следовательно, задача анализа должна быть поставлена таким образом, чтобы давать однозначные ответы на два основных вопроса: соответствует ли текущее состояние объекта принятым нормативам, если нет ‑ то насколько и в какую сторону имеется отклонение от норматива, чтобы далее можно было принять адекватное и эффективное управляющее решение по приведению состояния объекта управления в соответствие с установленными нормами.
Любой анализ, помимо реализации процесса оценки количественных характеристик объекта, представляет собой определение качественного состояния анализируемого объекта. При этом анализ обязательно должен содержать два основных элемента:
определение количественных характеристик объекта (количественный анализ);
определение качественного состояния объекта (качественный анализ).
Виды анализов
Можно выделить четыре основных вида анализов:
Анализ соответствия состояния объекта нормативам;
Сравнительный анализ нескольких объектов между собой;
Сравнительный анализ изменения состояния объекта во времени (анализ динамики показателей состояния объекта);
Прогностический анализ развития состояния объекта.
Анализ соответствия состояния объекта нормативам
Анализ соответствия состояния объекта нормативам проводится для определения выполнения или нарушения установленных норм технического состояния, а также соответствия или несоответствия состояния объектов назначенным критериям.
Для определения качественного состояния выбираются показатели, однозначно характеризующие состояние объекта. Иногда бывает необходимо формировать специальные «синтетические» показатели, рассчитываемые по определённым методикам и алгоритмам на основе имеющихся показателей.
В качестве нормативных критериев выбираются либо установленные соответствующими нормативными документами, либо экспертно назначенные значения показателей. Кроме того, в качестве критериев могут устанавливаться и произвольно назначаемые величины, если предполагается решение нестандартной задачи, для которой нормативные критерии отсутствуют. В этом случае критерии также устанавливаются экспертно, но при постановке и решении такой задачи необходимо учитывать, что формирование управляющего решения на основе такого анализа может быть не вполне адекватным.
В случае несоответствия состояния объекта установленным нормам или ожидаемым значениям логический «флаг соответствия» устанавливается в значение «ложь», а также определяется количественное значение отклонения показателя от ближайшей границы установленного диапазона допустимых значений.
Если контекст задачи предусматривает оценку соответствия по группе показателей, то такой анализ производится путем циклического повторения анализа соответствия по каждому показателю. При необходимости, для каждого показателя определяется весовой коэффициент, определяющий совокупный уровень соответствия состояния установленным критериям.
Укрупненная блок‑схема алгоритма анализа соответствия показателей установленным нормативам представлена на Рис. 3.
Условные обозначения к Рис. 3:
Xi – текущее значение i-го показателя;
Yi – логический признак (флаг) соответствия i-го показателя установленным нормативам;
Ximax – верхний предел нормируемого диапазона значений i-го показателя;
Ximin – нижний предел нормируемого диапазона значений i-го показателя;
DXi – отклонение (забег) значения показателя за границу диапазона;
Ri’ – запас значения внутри нормируемого диапазона по верхней границе;
Ri" – запас значения внутри нормируемого диапазона по нижней границе;
Sign(DXi) – знак отклонения показателя за диапазон допустимых значений.
В описанном алгоритме принимается две зоны: «зелёная» — внутри диапазона допустимых значений, и «красная» — вне диапазона, как снизу, так и сверху (Рис. 4).
В ряде случаев значения показателя состояния ниже минимума или больше максимума физически невозможны, — например, не существуют отрицательные грузонапряжённость, пропущенный тоннаж, скорость и тому подобное. Тогда соответствующая граница устанавливается в физический минимум (максимум), а «красная зона» принимается виртуально, для обеспечения математической корректности алгоритма, что особенно важно при автоматизированном анализе данных, поскольку в противном случае возможно возникновение ошибок и сбоев.
При выходе значения показателя за пределы «зелёной зоны», определяются знак и величина отклонения от ближайшей границы (Рис. 5).
При нахождении показателя внутри зелёной зоны может определяться запас «сверху», то есть до верхней границы, и «снизу» — до нижней границы. В этом случае, для прогноза «безопасного» запаса целесообразно ввести внутри зелёной зоны дополнительную «жёлтую зону» — зону риска. Если показатель оказывается внутри «жёлтой зоны», ширина которой определяется при наличии соответствующего математического аппарата и необходимых методик, то это может свидетельствовать о критическом (пограничном) состоянии объекта, то есть, велика вероятность скорого выхода показателя за пределы диапазона допустимых значений.
Таким образом, и верхний, и нижний запасы должны быть больше соответствующей ширины «жёлтой зоны» (Рис. 6):
Точно определить ширину «жёлтой зоны» достаточно сложно, поэтому её можно назначать экспертно. Практический опыт показывает, что в большинстве случаев для ширины «жёлтой зоны» с каждой стороны достаточно 10-15% линеаризованной (то есть приведённой к линейному виду) ширины зелёной зоны. Под линеаризацией в данном случае следует понимать математическую операцию по преобразованию показателя таким образом, чтобы отображающая его шкала была линейной (например, логарифмическая шкала для нелинейных величин).
Сравнительный анализ нескольких объектов между собой
Сравнительный анализ нескольких объектов между собой проводится для сопоставления состояния ряда объектов или сравнения вариантов. Как правило, такой анализ проводится, когда необходимо:
определить эффективность мероприятий по содержанию объектов;
выбрать оптимальный вариант из нескольких возможных;
определить очередность обслуживания объектов, выделяя объекты с наихудшим состоянием или требующие наиболее скорого воздействия;
статистически определить средние значения показателей состояния и отклонения от них, на основе чего могут формироваться новые или изменяться действующие нормативы.
При сравнительном анализе, как правило, нет возможности явно выделить нормативные значения критериев сравнения. Вместо них в качестве критериев выступает среднее (среднестатистическое по выбранной группе объектов) значение анализируемого показателя и отклонение от среднего. Тогда в результате подобного анализа будет наглядно видно распределение объектов по величине показателя, что при корректно поставленной задаче дает возможность определить, в какой последовательности объекты нуждаются в мероприятиях по восстановлению нормального состояния, то есть построить план работ по обслуживанию и ремонтам этих объектов.
Анализ динамики показателей состояния объекта
Сравнительный анализ изменения состояния объекта во времени (анализ динамики показателей состояния объекта) проводится при необходимости проследить динамику развития состояния объекта во времени, особенно в сочетании с анализом проведенных мероприятий. Этот вид анализа предназначен для выявления тенденций динамики показателей. На основе этого анализа можно, во‑первых, попытаться спрогнозировать ближайшую перспективу изменения состояния объекта, в частности, вероятность нарушения установленных нормативов при сохранении установившейся динамики, и, во‑вторых, проанализировать эффективность проводимых мероприятий и предпринимаемых мер. Во втором случае появляется возможность оценить как корректность установленных нормативов, так и эффективность применяемых технологий.
Прогностический анализ
Прогностический анализ проводится при наличии корректного математического аппарата для анализа возможного изменения развития состояния объекта на перспективу. В качестве входной информации используется предыстория состояния объекта и влияющих факторов. При наличии корректной математической многофакторной модели, достаточно достоверно и точно описывающей поведение i‑го показателя в зависимости от остальных, а также при наличии предыстории с глубиной, обеспечивающей достоверную временную выборку, возможно определение уравнения тренда с прогнозированием динамики входных показателей, на основе чего просчитывается возможное (виртуальное) значение i‑го показателя. После этого вновь оценивается его соответствие нормативным критериям по алгоритму, описанному на Рис. 3.
Простейшим видом прогностического анализа является случай, когда на основе информации о факторах, характеризующих интенсивность эксплуатационного износа и накопления неисправностей, с использованием статистически определённых или экспертно назначенных критериев, определяется возможное состояние объекта по прошествии некоторого периода. При этом период может выражаться как в единицах времени, так и других показателях — для железнодорожного пути таким фактором в большинстве случаев является пропущенный по пути тоннаж. По прогнозируемому состоянию пути и его объектов определяют его соответствие нормативам, на основе чего определяют прогнозируемую потребность в принятии соответствующих мер.
Таким образом, при решении прогностических задач возможно «упреждающее» управление, то есть назначение соответствующего мероприятия по поддержанию состояния объекта в пределах установленных норм осуществляется не только по текущему значению — по факту наступления выхода значения контролируемого показателя за границы диапазона допустимых значений, но и заранее, по прогнозу наступления этого выхода. Такой способ позволяет повысить не только техническую эффективность управления, но и экономическую, поскольку принятие превентивных мер по предотвращению возможных нештатных ситуаций позволяет избежать затрат на ликвидацию последствий этих ситуаций, которые априори во много раз выше стоимости профилактических мер.
Однако качественный прогноз строится на основе многофакторного моделирования поведения объекта, из‑за чего прогностические функции по большинству показателей технического состояния объектов путевого хозяйства на сегодняшний день практически нереализуемы. Это происходит из‑за того, что корректные модели отсутствуют, а приближенный расчёт может оказаться недостаточно точным, поскольку он не учитывает конкретных условий, а строится на усредненных общесетевых значениях, полученных статистическим путем, и, следовательно, будет нерациональным с позиций ресурсосбережения.
Кроме того, для нормального функционирования любой модели необходимо наличие достаточной по составу и наполнению информации о текущем состоянии объекта; в то же время, в силу физических и технологических факторов, измерение (диагностика) многих необходимых для моделирования поведения объектов путевой инфраструктуры показателей в настоящее время невозможно. Расчётные же показатели, как и любая модель, рассчитываются по идеализированным алгоритмам, не всегда учитывающим в необходимой степени прочие влияющие факторы, что во многих случаях не позволяет достоверно моделировать происходящие процессы.
Вариационный анализ
Вариационный анализ является развитием прогностического анализа и представляет собой анализ, в котором на основе виртуальных изменений входных показателей определяется возможное значение результирующего. При этом в качестве входных показателей включаются также и параметры корректирующих воздействий. При реализации вариационного анализа проводится формирование и сравнение различных вариантов развития внешних факторов, определяющих изменение параметров состояния объекта, и вариантов управляющих воздействий. Тем самым, с помощью вариационного анализа можно не только определить возможные тенденции изменения состояния объекта, но и выбрать оптимальный вариант применяемых мероприятий по поддержанию требуемого состояния объекта.
Вариационный анализ является основой процесса управления по схеме «деловой игры» когда на виртуальной модели реального объекта отрабатываются возможные последствия реализации различных вариантов управляющих решений.
Реализации вариационного анализа состоит из следующих этапов:
Определение ведущего фактора (то есть фактора, оказывающего наибольшее влияние на изменение состояния объекта). Ведущий фактор определяется на основе предыстории с использованием динамического анализа.
Выбор пути решения и вариантов воздействия. Варианты путей решения и управляющих воздействий определяются на основе существующих нормативов, технологий и типовых процессов, а в случае отсутствия таковых — разрабатываются заново. В последнем случае для задач управления путевым хозяйством необходима всесторонняя оценка варианта воздействия с позиции обеспечения безопасности движения, санитарных и экологических норм, охраны труда, пожарной безопасности.
Определение критерия выбора оптимального варианта. Этот критерий определяет принцип принятия варианта по конкретным параметрам и предназначен для установления набора решающих параметров. В качестве такого критерия могут выступать экономическая эффективность, совокупные затраты, объем работ, потребный контингент, доля ручного труда и тому подобное.
Прогноз развития состояния объекта при виртуальных воздействиях. Прогноз осуществляется на основе анализа поведения объекта по совокупности показателей его состояния при предполагаемых изменениях внешних факторов, в том числе при задаваемых параметрах управляющего воздействия.
Выбор оптимального варианта управляющего воздействия. Осуществляется на основе определения экстремума (в зависимости от контекста задачи – минимума или максимума) выбранного критерия поиска оптимального варианта для всех возможных вариантов развития состояния объекта в функции внешних факторов и управляющих воздействий.
Управление техническим состоянием объектов на основе анализа
Согласно п. 3.1 «Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации» (далее — ПТЭ), «основным критерием управления техническим состоянием объектов путевого хозяйства является поддержание состояния пути и сооружений при их эксплуатации, обеспечивающего по условиям прочности, устойчивости и состояния безопасное и плавное движение поездов с установленными на участке скоростями»
Это требование ПТЭ означает, что большинство задач управления техническим состоянием объектов путевого хозяйства должно осуществляться на основе анализа соответствия установленным нормативам содержания.
Поэлементно анализы технического состояния объектов путевой инфраструктуры делятся на следующие группы:
состояние плана и профиля пути;
состояние геометрии колеи;
состояние рельсов;
состояние земляного полотна;
состояние балласта;
состояние шпал и скреплений;
состояние стрелочных переводов;
состояние искусственных сооружений;
состояние переездов.
Помимо вышеприведённых явно выделяемых групп анализа, для которых в большинстве случаев однозначно формализуются контролируемые параметры, также используются комплексные анализы по показателям, характеризующим техническое состояние пути в целом. К ним, в частности, относятся анализы:
устойчивости бесстыкового пути;
надежности пути;
уровня безопасности движения по параметрам путевого хозяйства.
Для проведения таких анализов, помимо информации о технических и фактических характеристиках отдельных элементов пути, необходимы, во‑первых, данные о сочетании характеристик, а во‑вторых, наличие дополнительной информации, например, климатических данных и прогноза погоды. Кроме того, постановка и решение этих аналитических задач затруднены тем, что, хотя этими понятиями путейцы пользуются давно, и смысл этих понятий всем примерно ясен, по ним нет единых формализованных критериев оценки, как нет и чётких и однозначных формулировок. Из‑за этого до сих пор отсутствуют чёткие методики и алгоритмы определения как текущих значений этих параметров, так и предельно допускаемых величин.
Модель данных
Общие требования к данным
При автоматизации процесса управления, и соответственно, при автоматизации процесса анализа технического состояния объектов путевого хозяйства, возникает необходимость представления информации в таком виде, чтобы обеспечивалась возможность компьютерной обработки данных. Очевидно, что недискретные показатели должны быть обязательно приведены к дискретному виду через назначение диапазонов с чёткими численными границами.
Граничные значения диапазонов выбираются либо на основе действующих НТД (нормативно-технических документов), либо назначаются пользователем для каждой конкретной задачи с учётом ее контекста. При этом, если контекст задачи предполагает число диапазонов значений (либо число сочетаний диапазонов для многофакторных моделей) большее 16, то такие задачи целесообразно разбивать на составные подзадачи, фиксируя для каждой подзадачи один из параметров. Например, если необходимо проанализировать вертикальный износ рельсов в сочетании с величиной уклона (с учётом направления уклона) на линиях с различным видом тяги, то целесообразно фиксировать вид тяги, и для каждого вида тяги рассматривать сочетания. Если и в этом случае число диапазонов слишком велико, то можно также выделить направление уклона, и так далее.
Для управления техническим состоянием объектов путевого хозяйства используются, как правило, анализ соответствия состояния нормативам и прогностический анализ. Сравнительные анализы используются, в основном, для планирования работы предприятий и подразделений путевого хозяйства и оценки эффективности проводимых мероприятий. Управление техническим состоянием объектов путевого хозяйства осуществляется за счет обоснования и выбора мероприятий по поддержанию состояния объектов в рамках установленных норм. Неотъемлемой частью управления является планирование и организация соответствующих производственных процессов.
Поскольку система управления путевым хозяйством с использованием АСУ‑ПХ представляет собой человеко‑машинную систему, то в основе принятия управляющего решения лежит принцип «деловой игры». Реализация этого принципа заключается в том, что с использованием информационных технологий и вычислительной техники формируется необходимая информация, проводятся соответствующие анализы, формируются варианты решений, а ЛПР с известными ему неформализуемыми или слабо формализуемыми критериями, принимает окончательное решение, экспертно выбирая оптимальный вариант такого решения.
При управлении техническим состоянием объектов путевого хозяйства ЛПР организует аналитический процесс таким образом, чтобы максимально достоверно определить лимитирующий влияющий фактор (или группу факторов), чтобы направить мероприятия на ликвидацию негативного влияния именно этого фактора (группы факторов). Лимитирующим считается фактор, который и вызывает отклонение текущего состояния от допустимого интервала значений.
Общие принципы построения информационного обеспечения для аналитических задач путевого хозяйства
Для большинства объектов путевого хозяйства в основном формализованы и разработаны модели поведения, то есть, выявлены причинно‑следственные связи между состоянием объектов и факторами, вызывающими отклонение состояния от установленных норм. Эти связи формализованы в виде соответствующей нормативно‑технической документации. В то же время, для большой группы задач такие модели слабо реализуемы (либо в силу отсутствия необходимого математического аппарата и корректных моделей, либо в силу принципиальной невозможности собрать необходимую информацию в нужном объеме и в нужном представлении), и для них используются упрощенные эмпирические модели поведения.
Разработка аналитических задач должна начинаться с грамотной постановки, причем должна чётко выполняться последовательность «для чего делается» → «что делается» → «как делается». Таким образом, сначала чётко должны быть определены «потребительские» требования (потенциальные пользователи, круг задач, что на выходе), затем общие характеристики задачи (вид анализа, форма представления данных), и лишь в конце — методы и технология функционирования задачи (алгоритмы, программно‑технические решения и тому подобное).
Информационное обеспечение задач управления техническим состоянием объектов путевого хозяйства должно удовлетворять двум основным условиям. Во‑первых, для обеспечения нормального функционирования задач анализа и управления, данные должны быть актуальны, достаточны и удобны для обработки. Во‑вторых, структура и формат базы данных и программного обеспечения должны соответствовать современному уровню развития информационных технологий и средств вычислительной техники.
Современные программные средства, реализующие задачи анализов путевого хозяйства, требуют представления исходных данных в виде, приемлемом для автоматизированной обработки. При этом следует учитывать, что любые программы обработки баз данных работают исключительно с конечными объектами.
Железнодорожный путь является основой для привязки большинства характеристик не только в путевом хозяйстве, но и для железнодорожного транспорта в целом. Однако железнодорожный путь представляет собой непрерывный объект с распределёнными по его длине характеристиками, причем участки разнородных характеристик имеют несовпадающие границы. Поэтому для проведения комплексного многофакторного анализа состояния пути, а также для задач анализа, в которых имеется привязка исследуемых показателей к путевым координатам и показателям состояния пути, необходимо применение специализированной технологии промежуточной обработки данных, которая позволила бы рассматривать разнородные параметры в совокупности, то есть представить описание пути в виде набора конечных объектов — участков с постоянными характеристиками.
Схема распределения характеристик по пути выглядит аналогично табл. 5 технического паспорта дистанции пути по форме АГУ-4 (На Рис. 7 представлен для примера ограниченный набор показателей):
При стандартной форме записи различных показателей состояния и других характеристик пути каждый показатель ограничивается участком, где его значение неизменно, и записывается в базу данных по принципу «начало участка» → «конец участка». Такая форма записи выглядит действительно единственно верной, так как в противном случае пришлось бы вводить первоначальную дискретизацию линий на некоторые участки определённой длины.
При этом практически невозможно заранее определить величину этой дискреты, так как «позвенка» слишком груба для учёта ряда показателей (например, кусты негодных шпал), а пометровая эпюра потребует огромного объема ввода данных и гигантских ресурсов по размещению и хранению информации. Поэтому «поучастковый» ввод (и хранение) разных характеристик пути остается единственным способом оптимально организовать ввод и хранение данных.
Матрица УПП
Для того, чтобы сравнить совместное действие факторов, то есть совместное присутствие разнородных характеристик на одном участке (отрезке) пути, и сделать это автоматизированно на компьютере, необходима информационная технология, обеспечивающая представление данных в соответствующей форме. Такая технология была разработана и позволила построить гибкую информационно‑аналитическую систему по анализу состояния объектов путевого хозяйства.
Суть ее заключается в наборе алгоритмов, позволяющих построить «матрицу» показателей, в которой вся информационная модель пути представляет собой набор отдельных записей, содержащих описание характеристик отрезков пути — «участков с постоянными параметрами» (УПП), то есть все характеристики наложены на сетку, содержащую границы УПП. Таким образом, приведённая выше «карта» приобретает вид (Рис. 8):
Очевидно, что представление характеристик пути в таком виде позволяет не только проводить статистический анализ распределения сочетаний разных характеристик, но и автоматизированно проводить планирование путевых работ с учётом «критических» мест.
В базовом варианте вышеуказанные алгоритмы обрабатывают данные электронного паспорта пути в объеме рельсо‑шпально‑балластной карты, в обязательном порядке присутствующего на уровнях ПЧ‑П-ЦП, из‑за чего программы, реализующие эти алгоритмы, привязаны к форматам и структурам файлов электронной РШБК. Однако алгоритмы достаточно универсальны и могут быть использованы для состыковки любого набора показателей в любой форме представления.
Расшифровка аббревиатур
Для тех, кто не знаком со стандартными аббревиатурами, применяемыми в железнодорожном транспорте в целом и в путевом хозяйстве железных дорог в частности, приведу расшифровку аббревиатур:
«ЦП» — департамент пути и сооружений МПС РФ (после структурной реформы в 2003 году функции МПС РФ разделились между ОАО РЖД и Министерством транспорта РФ);
«П» — служба пути и сооружений железной дороги;
«ПЧ» — «дистанция пути», линейное структурное подразделение путевого хозяйства, ответственное за эксплуатацию и текущее содержание путевой инфраструктуры;
«РШБК» — «рельсо‑шпало‑балластная карта»: документ, составляемый на основании технического паспорта дистанции пути и отражающий текущее состояние рельсов, шпал, балласта главных путей дистанции пути в текущем году.
Таким образом, единожды полученная «матрица» (при обновлении данных паспорта один раз в год матрица обновляется) может быть состыкована с данными других источников, например, с данными о состоянии пути, полученными диагностическими средствами типа вагона‑путеизмерителя, что позволит оперативно планировать необходимые работы по обслуживанию и ремонтам пути с применением вычислительной техники.
Применение "Матрицы УПП" для создания ГИС путевого хозяйства
С помощью матрицы оказывается возможным состыковать «путейские» и географические координаты. Это, в свою очередь, позволяет легко построить ГИС — геоинформационную систему, специализированную как для нужд путевого хозяйства, так и для всего железнодорожного транспорта в целом. Применение такой ГИС позволяет не только отображать в наглядном виде результаты анализа состояния объектов путевого хозяйства (например, отобразить на карте участки, на которых требуется проведение путевых работ), но и вводить границы субъектов анализа. В частности, можно задавать непрерывную трассу простым указанием узловых точек на карте — такие задачи возникают для определения оптимальной прокладки маршрута («хода») при выборе оптимума из нескольких альтернативных «ходов». Кроме того, при наличии географической карты появляется возможность оценить внешние географические условия объектов путевого хозяйства, такие как наличие подъезда к пути с поля, горы, водоемы, автомобильные дороги, переезды, жилые районы, рельеф местности, лес, линии электропередачи и тому подобное, наличие которых влияет на условия работы железнодорожного транспорта и от которых могут зависеть технологические процессы обслуживания пути и сооружений.
Специально для применения вышеописанной матрицы в ГИС был разработан алгоритм трассировки линии с позиционированием описанных в матрице УПП в абсолютных географических координатах с погрешностью в несколько метров — для большинства задач ГИС, если речь не идет о достаточно узком круге задач, требующих особой точности, такая погрешность вполне допустима. Причем при наличии дополнительных точек привязки точность может быть повышена до нескольких сантиметров.
Данный алгоритм позволяет разметить модель железнодорожной линии по плану и профилю. Фактически матрица, подготовленная для ГИС, представляет собой трехмерную пространственную модель пути, которая, в свою очередь, может быть использована для задач анализа динамики движения поездов по конкретному участку пути, для задач анализа устойчивости и прочности, а также для построения статистических моделей поведения пути.
Особенности и типы задач АСУ ПХ
В соответствии с принятой системой ведения путевого хозяйства мероприятия по обеспечению нормального работоспособного состояния пути и сооружений подразделяются на текущее содержание и ремонты. Текущее содержание регламентируется Инструкцией по текущему содержанию железнодорожного пути (№ ЦП-744 от 01.07.2000), а ремонты — Техническими указаниями на работы по ремонту и планово‑предупредительной выправке пути (№ ЦПТ-51 28.06.1997). Эти документы определяют состав, периодичность и порядок проведения соответствующих мероприятий и ремонтно‑путевых работ.
При автоматизации управления техническим состоянием объектов путевого хозяйства формализуются задачи управления, движение информации, распределение информационных потоков и вычислительных процессов. При формализации подзадач должны быть предусмотрены функциональные вариации в соответствии с особенностями текущего содержания и организации ремонтов:
на линиях бесстыкового пути (учитываются особенности конструкции и правил эксплуатации бесстыкового пути);
на мостах и в тоннелях (учитываются особенности конструкции и правил эксплуатации пути на мостах и в тоннелях);
на станциях, сортировочных горках и подгорочных путях (учитываются особенности конструкции, условий и правил эксплуатации пути на станциях, сортировочных горках и подгорочных путях);
на малодеятельных линиях (учитываются условия эксплуатационного износа пути);
в зимний период (учитываются особенности работы при низких температурах и влияние снега);
в весенний период (учитываются особенности работы пути в период таяния снега и возможности возникновения паводков);
в особый период (ЧП/ЧС, военное время).
При этом функциональные вариации подразделяются на два типа:
постоянные – для постоянно действующих (не связанных с временными периодами, либо действующих ожидаемо более одного года) особенностей работы – бесстыковой путь, мосты и тоннели, станции и т.п.;
временные – для особенностей работы пути, действующих ожидаемо менее года – сезонные (зимний период, период паводков и т.п.) и чрезвычайные (в условиях ЧП и военного положения).
Заключение
Статья, конечно, во многом устарела: появились новые информационные технологии, в том числе на основе ИИ — «искусственного интеллекта», позволяющего автоматизировать и значительно облегчить задачи анализа; изменились нормативы, изменилась структурная организация отрасли.
Тем не менее, возможно, кому‑то описанные в статье наработки окажутся полезными, в частности, при постановке и реализации задач управления путевым хозяйством железных дорог с помощью информационных технологий, а также для задач в области прикладной геоинформатики на железнодорожном транспорте.