Логические нейронные сети

       

Моделирование реального времени


Проектируемая модель строится на основе логической нейронной сети, представленной на рис. 14.3, и должна удовлетворять следующим требованиям:

  • реализация дискретного шага модельного времени для имитации движения в реальном времени;
  • одновременное обслуживание многих маршрутов;
  • отсутствие ограничений выбора маршрутов внутри сети;
  • приоритетное обслуживание маршрутов;
  • учет загруженности станций;
  • учет загруженности магистралей и порядка следования по ним;
  • возможность выбора резервных или дублирующих путей следования;
  • возможность предусмотренных остановок, выполнения скоростного режима или расписания движения;
  • фиксация характеристик пути движения из пункта отправления к пункту назначения для формирования оптимального расписания;
  • учет возможностей эксперимента и развития: добавление новых станций, увеличение их пропускной способности, увеличение пропускной способности магистралей и др.;
  • модель должна быть универсальной, нетрудоемкой при разработке, быстродействующей и обладать дружественным интерфейсом.

На рис. 14.4 приведена укрупненная схема решения задачи моделирования как задачи обоснования решений о развитии железнодорожной сети с помощью модельного эксперимента, а также выбора оптимального расписания движения.


Рис. 14.4.  Схема проведения исследований с помощью модели железнодорожной сети

В ее основе лежит однослойная логическая нейронная сеть (рис. 14.3), определяющая очередное перемещение движущегося объекта (поезда) в соответствии с текущей ситуацией. Дополнительные построения позволяют учитывать текущие возможности станций, занятость магистралей и интервал движения по ним, необходимость пребывания на станции не менее положенного времени.

Блок-схема проектируемой модели представлена на рис. 14.5.


Рис. 14.5.  Схема модели

Блок 1 реализует функции управления, связи с пользователем и формирования транспортного потока. Каждая заявка на выполнение маршрута предполагает задание координат пункта отправления и пункта назначения, время начала движения, приоритет маршрута (литер).


В блоке 2 реализован счетчик модельного времени. Осуществляется переход к следующему такту работы модели, т.е. реализуется условная дискретность, адекватная режиму реального времени.

Блок 3 управляет циклом обработки всех выполняющихся маршрутов. Если все маршруты в такте обработаны, допускается возможность генерации (в блоке 1) новых маршрутов. Исследование маршрутов в порядке их приоритета обеспечивает преимущественное, первоочередное использование ресурсов – узлов и магистралей.

В блоке 4 проверяется, движется ли объект по магистрали, или находится на станции.

Имитация реального времени движения по магистрали, связывающей два узла, производится с помощью счетчика, связанного с объектом при его движении. Счетчик учитывает длину пути, скорость и расстояние между станциями, переведенные в количество тактов движения. Уменьшение этого счетчика на единицу в блоке 5 имитирует движение.

Так как объект занял магистраль, то для соблюдения интервала движения повышается вес синапсической связи, имитирующей эту магистраль. По мере продвижения объекта этот вес повышается (восстанавливается до единичного значения) в блоке 6 по мере продвижения.

В блоке 7 проверяется, достиг ли указанный счетчик нулевого значения? Это означает прибытие поезда на станцию.

Если достиг (блок 8), проверяется, конечный ли это пункт следования. Если да, маршрут полностью выполнен и осталось обработать информацию о его следовании (блок 19).

Если достигнутая станция не является конечной, в блоке 10 взводится счетчик времени (числа тактов) предусмотренной остановки на данной станции. Производится увеличение порога передаточной функции, соответствующей этой станции, т.к. загрузка этой станции увеличилась. Это должно быть учтено при рассмотрении возможности ее использования другими маршрутами.

Блок 11 выполняется в случае нахождения объекта движения на станции. В нем проверяется, исчерпан ли счетчик "остановки".

Если этот счетчик не равен нулю, в блоке 12 производится его уменьшение на единицу и осуществляется переход к анализу следующего маршрута (блок 3).



Если указанный счетчик исчерпан, объект (поезд) готов к дальнейшему движению. В блоке 13 производится расчет передаточной функции (раздел 2) для всех нейронов выходного слоя. Максимальная величина возбуждения определяет следующий пункт смещения объекта в сети.

Однако ранее увеличенные пороги передаточной функции, соответствующей пункту смещения, могут привести к тому, что ни один нейрон выходного слоя не возбудится. Это говорит о необходимости дополнительной задержки на станции, что проверяется в блоке 14.

Если нейросеть указала пункт смещения, в блоке 15 проверяется: позволяет ли загрузка магистрали (вес соответствующей связи) начать движение?

Если нет, в блоке 16 увеличивается значение счетчика тактов времени пребывания на станции.

При положительном результате анализа в блоке 17 рассчитывается и "взводится" счетчик движения объекта по данной магистрали.

В блоке 18 снижается вес синапсической связи, ведущей из пункта пребывания к пункту смещения.

В блоке 19 производится фиксация всей информации о маршруте для составления расписания и временной диаграммы движения.

Таким образом:

  1. Аппарат логических нейронных сетей в наибольшей степени адекватен ассоциативному мышлению человека, реализующего последовательное принятие решения для его дальнейших действий на основе изменения ситуации.
  2. Транспортные сети, к которым следует отнести как информационные, так и железнодорожные, реализуют маршруты следования, которые можно рассматривать как последовательный выбор пункта смещения, исходя из текущего места нахождения и конечной цели.
  3. Применение элементов искусственного интеллекта - ассоциативного мышления - позволяет запоминать целесообразное смещение в различных ситуациях и строить простейшие модели следования в железнодорожных сетях.
  4. Так как эти действия целенаправленны и оперативны, то имитация природных механизмов "бесформульных" вычислений, как при моделировании сложных систем, так и в основе управления ими, позволяет существенно расширить возможности используемых вычислительных средств.
  5. Это демонстрирует предлагаемая схема универсальной модели движения в транспортной сети, учитывающая динамику приоритетного следования многих объектов в реальном времени, их совместное влияние на пропускную способность и эффективность, как время и стоимость доставки грузов.Модель допускает нетрудоемкое введение и исследование вариантов, что обеспечивает нахождение оптимальных решений при проектировании сетей железнодорожного транспорта.



Содержание раздела