Научная проблема. Разработка теоретических подходов к вопросам мониторинга

1. Научная проблема

Разработка теоретических подходов к
вопросам мониторинга с целью создания
перспективных инструментариев
обработки и накопления результатов
измерений через мягкие вычисления в
форме ситуационного банка.
1

2. Мониторинг на ЖД транспорте

1. Используется и развивается мониторинг
узлов локомотива
2. Разработаны и используются:
– Прибор Обнаружения Нагретых Букс в
подвижном составе (ПОНАБ)
– Устройство Контроля Схода Подвижного
Состава (УКСПС)
• Системного подхода к проблеме не было
• Концепция интеграции не используется
2

3. Цели исследования

• Объект исследования:
Предметная область мониторинга
различных технических систем.
• Предмет исследования:
Использование мягких вычислений
для обработки данных мониторинга и
формирования ситуационного банка.
3

4. Аппарат проведения исследования

1. Концепция ситуационного подхода в
различных предметных областях
2. Теория фреймов, аппарат нечётких
множеств или мягких вычислений
4

5. Научная новизна:

• Предложена фреймовая модель описания ситуаций, которая
позволяет создать инструментарии автоматизированного
ранжирования типовых ситуаций и отличается от аналогов
использованием мягких вычислений для обработки результатов
мониторинга.
• Во-вторых, аппарат нечётких множеств «адаптирован» для
предметной области мониторинга, что позволяет создать
гибридное количественно–качественно состояние объектов
мониторинга.
• Отличается от аналогов возможностью настройки параметров с
целью автоматизации процесса формирования порогов
срабатывания процедур поддержки действий локомтивных
бригад.
5

6. Применение фреймовых моделей в информационных технологиях

• Вывод информации:
1) Отображение ситуации
2) Отображение сценария
3) Отображение структурированной
информации об объекте
• Ввод информации:
1) Шаблонное проектирование (САПР в СССР)
2) Генерация сценария работы ПО на основе
входных данных
3) Распознавание ситуаций по шаблонам на
основе входных данных
6

7. Классификация фреймов

• Фрейм класс
• Фрейм образец
• Фрейм экземпляр
ФРЕЙМСТРУКТУРА
ФРЕЙМСЦЕНАРИЙ
ВИДЫ ФРЕЙМОВ
ФРЕЙМСИТУАЦИЯ
ФРЕЙМ-РОЛЬ
МУЛЬТИМЕДИЙНЫЙ
ФРЕЙМ
ФРЕЙМ С
ФРЕЙМ С
ПРОЦЕДУРАМИ
ПРОЦЕДУРАМИ
НЕЧЁТКОЙ ЛОГИКИ
НЕЧЁТКОЙ ЛОГИКИ
7

8. Ситуация мониторинга на локомотиве

Фрейм
Фрейм«Мониторинг
«Мониторинглокомотива»
локомотива»
Слот-ссылка
Слот-ссылкана
нафрейм
фрейм«Температура
«Температура
буксовых
узлов»
буксовых узлов»
Слот-ссылка
Слот-ссылкана
нафрейм
фрейм«Давление
«Давлениевв
главных
резервуарах»
главных резервуарах»
Слот-ссылка
Слот-ссылкана
нафрейм
фрейм«Напряжение
«Напряжениевв
цепях
управления»
цепях управления»
Слот-ссылка
Слот-ссылкана
нафрейм
фрейм«Напряжение
«Напряжениевв
контактной
сети»
контактной сети»
Фрейм
Фрейм«t°
«t°буксовых
буксовыхузлов»
узлов»
Слот
Слот«t°
«t°1-й
1-йколёсной
колёснойпары
пары
справа»
справа»
Слот
Слот«t°
«t°N-й
N-йколёсной
колёснойпары
пары
слева»
слева»
Фрейм
Фрейм«P
«Pглавных
главных
резервуаров»
резервуаров»
Слот
Слот«P
«Pввглавных
главных
резервуарах»
резервуарах»
Фрейм
Фрейм«U
«Uцепей
цепей
управления»
управления»
Слот
Слот«U
«Uввцепях
цепях
управления»
управления»
Слот
Слот«Питание
«Питаниеот
отбатареи»
батареи»
Фрейм
Фрейм«U
«Uконтактной
контактнойсети»
сети»
Слот
Слот«U
«Uввконтактной
контактнойсети»
сети»
8

9. Фреймы с аппаратом нечёткой логики

Норма
Норма
Фрейм
Фрейм«Температура
«Температурабуксовых
буксовыхузлов»
узлов»
Датчик t° 1
Датчик t° 2
Датчик t° N
Действие
Действие
Слот
Слот«t°
«t°1-й
1-йколёсной
колёсной
пары
справа»
пары справа»
Ссылка
Ссылкана
напроцедуру-демон,
процедуру-демон,
обработки
обработкивходных
входныхданных
данных
Норма
Норма
Слот
Слот«t°
«t°1-й
1-йколёсной
колёсной
пары
парыслева»
слева»
Ссылка
Ссылкана
напроцедуру-демон,
процедуру-демон,
обработки
обработкивходных
входныхданных
данных
Повышенная
Повышенная
Слот
Слот«t°
«t°N-й
N-йколёсной
колёсной
пары
парыслева»
слева»
Ссылка
Ссылкана
напроцедуру-демон,
процедуру-демон,
обработки
обработкивходных
входныхданных
данных
Аварийная
Норма
Результат обработки
процедурой-демоном
Вывод
Выводданных
данных
по
позапросу
запросу
Повышенная
Повышенная
Действие
Действие
Вывести по
Оповещение
сообщение
громк. связи
Аварийная
Аварийная
Переход
Переходна
на
аварийный
Действие
аварийный
Действие
режим
режим
Процедура-демон
Процедура-демонобработки
обработкиданных
данныхоснованная
основанная
на
аппарате
нечёткой
на аппарате нечёткойлогики
логики
11 норма
норма
00
повыш.
повыш.
авар.
авар.
120
120°C
°C
9

10. Понятие нечёткой переменной

<F,U,R(U)>, где
F – имя переменной,
U – область определения нечёткой переменной,
R(u) –характеристическая функция задающая ограничения на
множестве U.
Например F=«Температура в норме»,
U={0..120} C°, R(u)=1/(1-(u/60)12)
R(u)
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
U
11
6
11
1
10
6
10
1
96
91
86
81
76
71
66
61
56
51
46
41
36
31
26
21
16
11
6
1
0
10

11. Лингвистическая переменная

Fj(t)
ЛИНГВИСТИЧЕСКАЯ ПЕРЕМЕННАЯ Xi ТЕМПЕРАТУРА БУКСОВОГО УЗЛА
F1(t) - НОРМА
F2(t) - ПОВЫШЕННАЯ
F3(t) - АВАРИЙНАЯ
1
0
60
70
80
120
t°C
11

12. Правила вывода при обработке сети фреймов

1) Если Xi есть F3 (АВАРИЙНАЯ), то
выставить флаг «Аварийный
сценарий работы»
2) Если Xi есть F1 (ПОВЫШЕННАЯ),
то выставить флаг «Температура
буксы Xi повышенная»
12

13. Модель в пространстве состояний - характеристики ситуационных портретов

Экс.
Экс.торможение
торможение
Мониторинг
Мониторинг
Аварийное
Аварийное
Информирование
Информирование
13

14. Типовые сценарии «Мониторинг» и «Аварийный»

Вход
Считывание
значений
датчиков
Запуск
Диагностика
системы
Да
Да
Работа функций-демонов
по заполнению слотов во
фреймах
Нет
Нет
Скорость
равна 0 ?
Машинист
на месте?
Обнуление
счётчиков
Да
Да
Расчёт T съёма
информации
Анализ ситуации
построенной на базе
фреймов
Чтение настроек из БД и
задание порогов
срабатывания для нечётких
функций-демонов
Счётчик #1 времени для
запуска очередной
проверки присутствия
Ввод-Вывод
информации
Время
истекло
Нет
Нет
Счётчик #2
времени для
защитного
интервала
Да
Да
Нет
Нет
Сохранение
настроек
Да
Да
Время
истекло
Считывание
значений
датчиков
Выход
Нет
Нет
Да
Да
Ввод-Вывод
информации
Нет
Нет
Остановка
системы
Да/Нет
Флаг экстренного
торможния
Нет
Нет
Сценарий
изменился?
Да
Да
Генерация сценария
работы системы
Работа функций-демонов
по заполнению слотов во
фреймах
Да
Да
Выход
Нет
Нет
Анализ ситуации
построенной на базе
фреймов
Сценарий
изменился?
Нет
Нет
Да
Да
Сгенерированный
сценарий
Сохранение
настроек
Генерация сценария
работы системы
Остановка
системы
Сгенерированный
сценарий
14

15. Общая схема функционирования системы мониторинга

Корректировка
координат по спутнику
Аппаратно – программная
платформа
Ситуационный банк,
информация о маршруте
Взаимодействие с
пользователем
Набор чувствительных
элементов
15

16. Заключение

• Сценарий работы системы более гибок
за счёт введения аппарата нечёткой
логики
• Оценка ситуации на базе сети фреймов
близка к оценке человеком
• Упрощается формализация
поведенческого описания системы на
этапе проектирования
16

17. Перспективное направление развития

• Создание ситуационного банка с
использованием Business Intelligence
• Создание системы обработки
содержимого ситуационного банка
(Системы автоматизации научных
исследований)
17

18. Благодарю за внимание!

18