Диспетчерское управление и экспертные (интеллектуальные) системы диагностирования на транспорте (Горяинов А.Н.) Статья (2011-143)

Диспетчерское управление и экспертные (интеллектуальные) системы диагностирования на транспорте [Dispatch management and expert (intelligent) diagnostic systems for transport; Диспетчерське управління і експертні (інтелектуальні) системи діагностування на транспорті]

Аннотация. Рассмотрены особенности диспетчерского управления в условиях развития экспертных систем. Предложена классификация систем диагностирования на транспорте.

Анотація. Розглянуті особливості диспетчерського управління в умовах розвитку експертних систем. Запропонована класифікація систем діагностування на транспорті.

Abstract. Features of dispatching management in the conditions of expert systems development are considered. Classification of diagnosing systems on transport is offered. 

Ключевые слова: диагностика, диспетчер, система, транспорт, эксперт

Ключові слова: діагностика, диспетчер, система, транспорт, експерт

Keywords: diagnostics, dispatcher, system, transport, expert

Ведение

Диспетчеризация движения является существенной и принципиальной особенностью транспорта [1, с.148]. Большинство вопросов, связанных с оперативным управлением перевозками затрагивают разные аспекты диспетчерского управления. В тоже время, развитие информационных систем и распространение методов диагностики в сфере экономики и управления создают благоприятные условия для развития экспертных систем диагностирования. Как следствие, возникает потребность в решении ряда задач, связанных с интеграцией и взаимодействием существующих систем управления транспортом (в частности, диспетчерское управление) с создаваемой системой диагностирования (например, в виде экспертных систем диагностирования).

Анализ последних достижений и публикаций

На сегодняшний день вопросы использования диагностики на транспорте рассматриваются в рамках нового направления – транспортная диагностика. В качестве примеров работ можно назвать [2, 3]. Явного решения задачи реализации экспертных систем диагностирования на транспорте в рамках указанного направления еще нет. Однако, существует обширный пласт информации о реализации управления на транспорте с позиций автоматизированных систем управления (например, работы [4-6]). Важную роль на транспорте в подобных системах занимает диспетчер, что подтверждается выделением отдельного раздела управления - диспетчерское управление (например, [7, с.289; 8, с.401]) или диспетчерское руководство (например, [9, с. 240; 10, с.180]), а также отдельного вида систем – АСДУ (автоматизированная система диспетчерского управления) (например, [10, с.188; 11, с.347]). Также существуют примеры работ по описанию экспертных систем диагностирования в других областях деятельности человека (например, работы [12, 13]). Следовательно, существует основа для систематизации существующих знаний, которая в последующем может быть использована для реализации экспертных систем диагностирования на транспорте. Отдельно отметим тот факт, что работа [12] и дальнейшее обобщение материалов в работе [13] проводились в рамках исследований, которые финансировались Фондом фундаментальных исследований Государственного Комитета по науке и технологиям Украины. Это свидетельствует о важности и фундаментальности исследований, которые проводятся в области создания систем диагностирования. Учитывая универсальность диагностики, можно говорить про фундаментальность и важность разработки указанных систем для сферы транспорта.

Цель и постановка задачи

Целью данного исследования является определение основных положений формирования систем диагностирования на транспорте с учетом развития экспертных систем.

Результаты исследований

В качестве основного методологического инструмента используем метод аналогий. Вначале рассмотрим ряд определений, которые отражают сущность диспетчерского управления и автоматизированных систем управления – табл. 1.

Таблица 1 – Примеры определений

Основываясь на данных табл. 1 можно сделать вывод, что единого трактования диспетчерского управления как части АСУ нет, хотя существует достаточно большое количество косвенных подтверждений об обратном (например, существование АСДУ). Согласно определения АСУ, которое приведено в [4, с.16], данная система является аналогом системы мониторинга, обеспечивая работу объектов управления в известных диапазонах отклонений контролируемых параметров. Отсюда следует, что диспетчер является пользователем АСУ и, в принципе, может обходиться и без нее. Относительная автономность диспетчерского управления подтверждается и классификацией систем диспетчерского контроля и регулирования движения, которые приведены в [8, с.406] – табл. 2

Таблица 2 – Классификация систем диспетчерского контроля и регулирования движения (по данным [8, с.406])

Ключевым моментом в представленной классификации можно считать необходимость решения диспетчером незапрограммированных задач (вне зависимости от уровня автоматизации процессов управления). Следовательно, допустимо говорить о факте совмещения в лице диспетчера функций оператора и эксперта. Более наглядно, экспертная составляющая просматривается при решении задач диспетчеров во взаимодействии с другими управленцами в системе управления. Пример – рис. 1.

Рисунок 1 - Схема информационных потоков в системе доставки (по данным [4, с.100])

Реализация диспетчера как эксперта (опытного человека) происходит благодаря использованию эвристик (эвристических правил, эвристического метода) (с учетом, [13, с.18]). Эвристика [13, с.18] – это какое-то правило, стратегия, хитрость, упрощение или какой-то другой способ, который значительно ограничивает объем пространства решений. С появлением и развитием экспертных систем большая часть вопросов связанных с решением конкретных задач должна быть сосредоточена в таких системах. Нагрузка на диспетчера и другой персонал систем управления на транспорте с точки зрения их экспертного участия должна уменьшаться.

Наряду с экспертными системами широкое распространение получили системы поддержки и принятия решений (СППР). Во много они сходны с экспертными системами. Однако, согласно [15, с.139], «они имеют существенное различие в своей целевой направленности: СППР призвана помочь ЛПР (лицо, принимающее решение) в решении стоящей перед ним проблемы, а ЭС (экспертная система) – заменить человека при решении проблемы». В то же время авторами указывается, что одним из направлений развития СППР является сближение с экспертными системами [15, с.158]. Следовательно, можно говорить об определенном более высоком положении экспертных систем в отношении СППР.

Рассмотрим ряд определений ЭС и СППР (табл. 3) и проиллюстрируем отличия схемой – рис. 2.

Таблица 3 – Определения ЭС и СППР (по данным [13, с.19; 15, с.132-133])

Представленные определения ЭС и СППР (табл. 3) отображают специфический инструмент решения проблем - посредствам компьютерных программ. Это можно считать заключительным этапом реализации принятой системы управления. Другими словами, до внедрения ЭС и СППР должна быть сформирована структура системы управления с известными функциями управления. В рассматриваемой нами задаче этот вопрос еще не решен.  Поэтому необходимо более подробно исследовать организационные моменты реализации систем диагностирования на транспорте.

Рисунок 2 - Схема вариантов реализации функций диспетчера (предлагается с учетом [8, с.406])

Рассматривая рис. 2, можно отметить следующее противоречие – в каждом варианте реализации контроля и регулирования присутствует экспертная составляющая: в первых двух вариантах экспертная составляющая реализуется самим диспетчером, в третьем варианте – в виде экспертной системы.

Не совсем корректным видится отождествлять с экспертной системой только третий вариант. Другими словами, в каждом варианте присутствуют аспекты экспертной системы, только в первых двух вариантах экспертная составляющая четко не выражена.

Следует принять во внимание такое направление на транспорте как «интеллектуальные транспортные системы» (ИТС) (Intelligent Transportation Systems (ITS)) (например, [16-18]). Данное направление стремительно развивается и получает серьезную поддержку со стороны правительств разных стран. Согласно [19, с.56-57], «Разработки в области ИТС интенсивно ведутся в Европе, США и Японии на основе крупномасштабных национальных программ». В России масштабный проект по внедрению ИТС реализуется в Москве [20]. Сам термин ИТС еще не имеет четкого нормативного определения. Согласно [22, с.236]: «Основой для создания ИТС являются существующие автоматизированные системы управления дорожным движением, системы управления движением маршрутного транспорта, автоматизированные системы обнаружения дорожно-транспортных происшествий, системы маршрутной навигации, информационные системы управления дорожной сетью и другие подсистемы управления дорожным движением и перевозками». Укажем ряд определений – табл. 4.

Таблица 4 – Определения термина «интеллектуальные транспортные системы»

Учитывая представленную информацию можно говорить о близости ИТС с АСУ и, соответственно, с СППР и ЭС. Особо выделим близость ИТС с ЭС (большинство определений ЭС содержат термин «интеллект»).

Принимая во внимание классификацию систем диспетчерского контроля и регулирования движения [8, с.406], предлагается следующая классификация систем диагностирования на транспорте – рис. 3.

Предлагаемая классификация позволяет уйти от термина экспертная система и разрешить противоречие в использовании терминов «эксперт» и «экспертная система». Подразумевается, что в любом из видов систем диагностирования используются экспертные знания, однако в интеллектуальных системах диагностирования используется также искусственный интеллект. Следовательно, термины «экспертная система диагностирования» (существующий термин) и «интеллектуальная система диагностирования» (предлагаемый термин) являются тождественными.

Рисунок 3 - Классификация систем диагностирования на транспорте по степени автоматизации сбора, обработки и использования данных и экспертных знаний (предлагается)

Выводы

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие выводы:

1. Существуют определенные противоречия относительно места и реализации функций диспетчера на транспорте в условиях выделения задач диагностики в отдельную функцию в системе управления, а также в условиях развития концепции интеллектуальных транспортных систем.

2. Обосновано выделять в работе диспетчера отдельно функции оператора и эксперта, что вытекает из существующей классификации систем диспетчерского контроля и регулирования движения.

3. Выделена проблема использования термина «экспертная система». Проблема связана с одноаспектным представлением экспертной системы в виде компьютерной программы (искусственный интеллект). Это приводит к недооценке важности организации экспертных знаний отдельных специалистов (например, диспетчеров) в виде отдельных экспертных систем без применения искусственного интеллекта.

4. Впервые предложена классификация систем диагностирования на транспорте по степени автоматизации сбора, обработки и использования данных и экспертных знаний.

5. Впервые предложен термин «интеллектуальная система диагностирования», который призван снять противоречие в использовании термина «экспертная система», а также учесть современные тенденции в науке в виде направления «интеллектуальная транспортная система».

6. В дальнейшем следует исследовать вопросы организационной реализации систем диагностирования на транспорте.

Литература

1. Менеджмент на транспорте. Под общ.ред. Н.Н.Громова, В.А. Персианова. – М.: Изд. центр «Академия», 2003. – 528с.

2. Горяинов А.Н. Выделение общих свойств диагностического подхода применительно к транспорту / Вісник НТУ «ХПІ». Зб.наук.пр. Тем.вип.: Нові рішення в сучасних технологіях. №2. – Харків: НТУ «ХПІ», 2011. – С.89-93.

3. Горяинов А.Н. Основы формирования терминологического аппарата транспортной диагностики / Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн.сб. Вып.97. – Киев:Техніка, 2011. - С.299-305.

4. Автоматизированные системы обработки информации и управления на автомобильном транспорте. Под ред. А.Б.Николаева. – М.: Изд.центр «Академия», 20 03. – 224с.

5. Петров А.П. АСУ на транспорте. – М.: Знание, 1973. – 64с.

6. Автоматизированная система плановых расчетов на транспорте. Под ред. Б.С.Козина, И.Т.Козлова. – М.: Транспорт, 1981. – 400с.

7. Основы эксплуатационной работы железных дорог. Под ред. В.А.Кудрявцева. – М.: ПрофОбрИздат, 2002. – 352с.

8. Вельможин А.В., Гудков В.А., Миротин Л.Б., Куликов А.В. Грузовые автомобильные перевозки. – М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 560с.

9. Горев А.Э. Грузовые автомобильные перевозки. – 2-е изд., стер. – М.: Изд.центр «Академия», 2004. – 288с.

10. Организация и планирование грузовых автомобильных перевозок. Под ред. Л.А.Александрова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 1986. – 336с.

11. Спирин И.В. Перевозки пассажиров городским транспортом: Справочное пособие. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 413с.

12. Тоценко В.Г. Обобщенная концепция экспертных систем диагностирования / Электронное моделирование. Межд.науч-техн. журнал. Гл.ред. Г.Е.Пухов. Том 17, №5. – Киев: НАН Украины, 1995. – С. 26-33.

13. Тоценко В.Г. Експертні системи діагностики і підтримки рішень. – Київ: Наукова думка, 2004. – 124с.

14. Громов Н.Н., Персианов В.А. Организация управления на транспорте (Функции управления основной деятельностью транспорта). – М.:МИУ, 1981. – 87с.

15. Ларичев О.И., Петровский А.В. Системы поддержки принятия решений. Современное состояние и перспективы их развития. // Итоги науки и техники. Сер.Техническая кибернетика. Т.21. - М.: ВИНИТИ, 1987. – С.131-164.

16. Sumit Ghosh, Tony S. Lee. Intelligent transportation systems: smart and green infrastructure design. - 2nd ed. CRC Press Inc, 2010. - 217 p.

17. Швецов В.Л., Бёттгер К., Андреева Е.А. Интеллектуальное управление потоками на основе транспортных моделей // Автомобильные дороги. №2 (951). – М.: Дороги, 2011. – С.52-53.

18. Кочерга В.Г., Зырянов В.В., Коноплянко В.И. Интеллектуальные транспортные системы в дорожном движении. – Ростов-на-Дону: Изд. РГСУ, 2001. – 108 с.

19. Хараев В. Ю., Ярославцев А.Ф. Сравнительный анализ мобильных телекоммуникационных технологий для управления транспортными средствами / Вестник СибГУТИ. № 1. Новосибирск: СибГУТИ, 2010.– С. 56-69.

20. Постановление Правительства Москвы от 11 января 2011 года № 1-ПП «О создании интеллектуальной транспортной системы города Москвы». [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mos.ru/ - 10.05.2011.

21. Ногова Е.Г. Интеллектуализация транспортных систем в задаче стабилизации транспортной ситуации в крупных городах // Сборник докладов 7-й междунар. конф. «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах». – СПб. : СПбГАСУ, 2006. – С. 210–214.

22. Михеева Т. И. Системный анализ при проектировании интеллектуальной транспортной системы региона // Cб. трудов XIII международной конференции «Математика. Компьютер. Образование». Под общ. ред. Г.Ю. Ризниченко. Том 1. - Ижевск: Науч.-изд. центр "Регулярная и хаотическая динамика", 2006. – С. 235-255.

23. Интеллектуальные транспортные системы на основе спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS. [Электронный ресурс]. Сайт группы компаний «М2М телематика». Режим доступа: http://m2m-t.ru/ - 10.05.2011.

Публикация подготовлена по материалам:

Горяинов, А.Н. Диспетчерское управление и экспертные (интеллектуальные) системы диагностирования на транспорте / А.Н. Горяинов // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. Наук.-техн.журнал. – Харків: УкрДАЗТ, 2011. - №6 (91). – С.45-50. (90с.)