Transcript Marcel-Litra

SISTEM SUPORT PENTRU ASISTAREA
DECIZIEI IN MANAGEMENTUL
TRAFICULUI FEROVIAR
Dr. Stefan IOVAN – Informatica Feroviara SA
Drd. Marcel LITRA – CFR Calatori SA
INTRODUCERE
Tehnologiile informatice actuale permit
prelucrarea unui segment al deciziilor, în special
cele de rutină, adică permit automatizarea a
numeroase faze din procesul informaţionaldecizional.
Propunem stabilirea cadrul metodologic pentru
utilizarea unui sistem suport pentru asistarea
deciziei în managementul operativ al traficului
feroviar românesc.
Încercăm să definim (explicam) trei concepte
cheie care apar în acest subiect:
- sistem suport pentru decizie (SSD),
- sistem expert (SE) şi
- sistem expert bazat pe cunoştinţe KBES
(eng. Knowledge Based Expert Systems).
Alegerea soluţiei optime va necesita abordări
mai aprofundate în funcţie de specificul
problemei.
SISTEM EXPERT
• Inteligenţa artificială se ocupă cu comportamentul
inteligent şi mai exact cu studiul posibilităţii de emulare a
acestuia la maşini, respectiv maşini de calcul.
• Comportament inteligent înseamnă un comportament
care implică realizarea unor activităţi ce necesită calităţi
intelectuale deosebite cum ar fi: posibilitatea de
abstractizare, flexibilitatea, adaptarea la situaţii noi,
creativitate, etc.
• Informatica convenţională, bazată pe algoritmi, nu a
reuşit să transfere aceste activităţi inteligente spre
maşină (calculator). Inteligenţa artificială se bazează pe
memorarea cunoştinţelor şi asigurarea condiţiilor de
prelucrare automată a cunoştinţelor.
• Sistemele de inteligenţă artificială se numesc sisteme
bazate pe cunoştinţe sau sisteme cu bază de
cunoştinţe. Ele sunt specializate în desfăşurarea
diferitelor activităţi.
SISTEM EXPERT
• Inteligenţa artificială trebuie să furnizeze metode şi
tehnici de achiziţionare, reprezentare şi utilizare a
cunoştintelor.
• a) Metodele şi tehnicile de achiziţionare a cunoştinţelor
precizează modul în care se construieşte baza de
cunoştinţe într-un sistem de inteligenţă artificială.
Acestea sunt învăţarea teoretică, învăţarea empirică şi
legat de învăţarea empirică – învăţarea simbolică.
• Invăţarea teoretică a fost completată cu învăţarea
empirică aplicată pe o bază de cunoştinţe sub forma
unei reţele neurale (reţea neurală bazată pe
cunoştinţe).
• Completarea acestei reţele cu noi cunoştinţe (instruirea)
se realizează pe baza exemplelor de instruire (aplicabile
acestui tip de reţea), cu ajutorul unuia dintre algoritmii
de instruire a retelelor neurale.
SISTEM EXPERT
b) Metodele şi tehnicile de reprezentare a
cunoştinţelor definesc structurile de reprezentare
a cunoştinţelor şi ele trebuie să satisfacă
următoarele cerinţe:
• adecvare reprezentaţională (să poată reprezenta
toate categoriile de cunoştinţe dintr-un domeniu
dat);
• adecvare achiziţională (să permită achizitionarea
cunoştinţelor);
• adecvare informaţională (structurile de
reprezentare trebuie să permită definirea unor
operatori (să fie prelucrabile));
• eficacitate inferenţială (structurile de reprezentare
trebuie să permită prelucrările numai în condiţii de
eficienţă).
SISTEM EXPERT
c) Metodele şi tehnicile de utilizare a
cunoştinţelor depind în mod direct de modul
de reprezentare.
• Utilizarea cunoştinţelor este un proces de
aplicare a unui set de operatori definiţi asupra
structurilor de reprezentare a cunoştinţelor prin
metode “slabe” şi metode “tari”.
• Fiecare schemă de reprezentare are
corespondent în ansamblul metodelor şi
tehnicilor de raţionament.
• Metodele şi tehnicile de raţionament se aplică
într-o anume variantă de raţionament în
condiţii de completitudine a cunoştinţelor şi
certitudine şi în altă variantă de raţionament în
condiţii de incompletitudine şi incertitudine.
SISTEM EXPERT
Sistemele expert reprezintă sisteme de inteligenţa
artificială destinate rezolvării unor probleme dificile, de
natura practică, la nivelul de performanţă a experţilor
umani.
Ele realizează o automatizare a expertizei dintr-un
anumit domeniu numit domeniu de expertiză.
a) Domeniu de expertiză se caracterizează prin
cunoştinţe generale, cunoştinţe de specialitate şi
cunoştinţe expert. În cazul oamenilor, cunoştinţele
expert se obţin de către expertul-om prin experienţă şi
calităţi individuale deosebite şi ele îl deosebesc de
ceilalţi specialişti în domeniu, care posedă doar
cunoştinţe generale şi de specialitate.
• Cunoştinţele asociate domeniului de expertiză servesc
la rezolvarea problemelor din acest domeniu, care ca
tip sunt în general omogene şi pot fi considerate ca
aparţinând unei anumite clase de probleme.
SISTEM EXPERT
b) Conceptele asociate expertizei într-un SE sunt legate
de baza de cunoştinţe şi cum este construită
(achiziţionată), cum se rezolvă raţionamentul, cum se
explică utilizatorului. Caracteristicile şi conceptele
expertizei definesc arhitectura SE iar din ea rezultă
componentele sale:
• baza de cunoştinte (cunoştinţe din domeniul de
expertiză reprezentate sub forma unor structuri);
• baza de fapte (conţine descrierea problemei ce trebuie
rezolvată. Se folosesc structuri de reprezentare a
faptelor, care se prezinta sub forma de triplete < obiect,
atribut, valoare> sau perechi < atribut, valoare>);
• mecanisme rezolutive (asigură utilizarea cunoştinţelor
prin implementarea unui ansamblu);
• spaţiul de lucru (ansamblul rezultatelor intermediare şi a
setărilor parametrilor de funcţionare ai sistemului);
• interfaţa de realizare (ansamblul instrumentelor cu care
este posibilă realizarea diferitelor componente ale
sistemului);
• interfaţa utilizator (asigură comunicarea între sistem şi
utilizator).
SISTEM EXPERT BAZAT PE CUNOSTINTE
Sistemele expert bazate pe cunoştinţe sunt
primele realizări de cercetare în domeniul
Inteligenţei Artificiale, în forma unei tehnologii
software.
Definiţie 1. Sistemele experte sunt programe
concepute pentru a raţiona în scopul rezolvării
problemelor pentru care în mod obişnuit se
cere o expertiză umană considerabilă.
Definiţie 2. Sistemul expert este un program
particular care încorporează o bază de
cunoştinţe şi un motor de inferenţe. Programul
se comportă ca un consilier inteligent într-un
domeniu particular.
SISTEM EXPERT BAZAT PE CUNOSTINTE
Sistemele expert bazate pe cunoştinţe sunt programe
de calculator create cu scopul de a rezolva o
problemă într-un anumit domeniu.
Programul foloseşte cunoştinţele domeniului şi o
strategie specială de control pentru a ajunge la soluţii.
Un sistem expert nu este numit program, ci sistem,
deoarece încorporeaza multe tehnologii diferite, cum
ar fi baza de cunoştinţe, mecanisme de inferenţă,
facilităţi de explicare, etc.
Cele două componente principale ale unui sistem
expert pot fi identificate astfel
- baza de cunoştinţe sau colecţia de cunoştinţe
necesară pentru rezolvarea problemei
- mecanismul de control, care verifică faptele
disponibile, selectează sursa necesară de cunoştinţe
din bază, potriveşte faptele cu cunoştinţele şi
generează fapte adiţionale.
SISTEM EXPERT BAZAT PE CUNOSTINTE
Un sistem expert este format din cinci componente:
1. Baza de cunoştinţe serveşte pentru stocarea tuturor
elementelor de cunoaştere specifice domeniului
aplicativ, preluate de la experţii umani sau din alte
surse.
2. Motorul de inferenţe este un program care conţine
cunoaşterea de control, procedurală sau operatorie, cu
ajutorul căruia se exploatează baza de cunoştinţe
pentru efectuarea de raţionamente în vederea obţinerii
de soluţii, recomandări sau concluzii.
3. Interfaţa de dialog permite dialogul cu utilizatorii în
timpul sesiunilor de consultare, precum şi accesul
utilizatorilor la faptele şi cunoştinţele din bază pentru
adăugarea sau actualizarea cunoaşterii.
4. Modulul de achiziţie a cunoaşterii ajută utilizatorul
expert să introducă cunoştinţe într-o formă recunoscută
de sistem şi să actualizeze baza de cunoştinţe.
5. Modulul explicativ are rolul de a explica utilizatorilor
atât cunoaşterea de care dispune sistemul, cât şi
procesul de raţionament pe care îl desfăşoară sau
soluţiile obţinute în sesiunile de consultare.
SISTEM EXPERT BAZAT PE CUNOSTINTE
Majoritatea specialiştilor prezintă drept concepte
fundamentale ale SEBC expertiza, experţii, transferul
expertizei, regulile de inferenţă şi capacitatea de a
explica.
• Expertiza este cunoaşterea intensivă, specifică
domeniului problemei, achiziţionată prin instruire, citire
sau experienţă îndelungată.
• Expertiza umană cuprinde activităţi ale expertului:
recunoaşterea şi formularea problemei, rezolvarea
exactă şi rapidă a problemei, explicarea soluţiei,
învăţarea din experienţă, restructurarea cunoaşterii,
fragmentarea regulilor, determinarea relevanţei,
conştiinţa propriilor limite.
• Transferul cunoaşterii, are loc de la expertul uman la
calculator şi de aici la utilizatori umani experţi sau nonexperţi.
• Regulile de inferenţă sunt în mod tradiţional reguli de
forma IF-THEN-ELSE, complementare în unele aplicaţii cu
reprezentarea prin frame-uri.
• Capacitatea explicativă este unul din factorii care le
individualizează în raport cu celelalte tipuri de sisteme
informatice.
SISTEM EXPERT BAZAT PE CUNOSTINTE
• Foloste in procesul decizional în management, sistemele expert
prezintă două caracteristici importante: automatizarea şi
îmbunătăţirea deciziilor, respectiv, difuzarea expertizei şi normalizarea
deciziilor.
• Există, tendinţa integrării sistemelor expert şi a altor domenii ale
inteligenţei artificiale la nivelul sistemelor suport pentru decizii, astfel
încât să se obţină sisteme pentru asistarea deciziilor cât mai
puternice şi mai uşor de utilizat sub aspectul interfeţei utilizator.
• Se pot clasifica funcţiunile in: interpretare, diagnostic, formare,
supraveghere, previziune, simulare, planificare, întreţinere, concepţie,
control şi pilotaj.
• În domeniul asistării deciziilor sunt combinate în general funcţiile de
planificare, diagnostic şi simulare.
• Planificarea - reprezintă definirea în timp şi spaţiu a acţiunilor care
permit să se atingă o stare finală prin compararea stării curente cu
starea dorită, prevăzând consecinţele acţiunii, într-o manieră care să
permită respectarea restricţiilor impuse de mediu, nivelul resurselor
disponibile şi consecinţele previzibile ale interacţiunilor dintre stări şi
acţiuni.
• Diagnosticul - se referă la stabilirea unor corelaţii între caracteristici
sau simptome şi situaţii tip, iar simularea este reprezentată de
deducţia care se stabileşte plecând de la un model al consecinţelor
acţiunii sau de la evenimente declanşate de către sistemul aflat în
curs de derulare a simulării.
• Există puţine cazuri în care sistemele expert înlocuiesc complet
expertul uman, în general ele fiind utilizate pentru a ameliora
calitatea deciziilor.
SISTEME SUPORT PENTRU DECIZIE
Utilizarea tot mai frecventă a sistemelor suport pentru decizie
este favorizată de apariţia de noi tehnologii în domeniul
informatic şi este impusă de volumul din ce în ce mai mare
şi de diversitatea datelor ce trebuie prelucrate pentru a lua
o decizie eficientă.
Ele servesc la îmbunătăţirea eficacităţii procesului decizional
(măsura în care decizia îşi atinge obiectivele) prin faptul că
oferă decidenţilor o informaţie de calitate şi moduri noi de
interpretare a informaţiilor.
Definiţie. Un sistem suport pentru decizie (SSD) este un sistem
informatic interactiv, flexibil şi adaptabil proiectat special
pentru a oferi suport în soluţionarea unor probleme
decizionale nestructurate sau semistructurate, cu scopul de
a îmbunătăţi procesul decizional.
SSD-urile mai avansate pot oferi suport pentru decizii multiple
independente sau interdependente, pentru un singur
utilizator sau pentru un grup de utilizatori.
SISTEME SUPORT PENTRU DECIZIE
Dacă toate etapele unei probleme sunt structurate
(procedurile prin care se desfăşoară sunt standardizate,
obiectivele fiecărei proceduri sunt clare, iar intrările şi
ieşirile din procedură sunt clar definite), avem de a
face cu o problemă structurată.
Într-o decizie structurată toate sau cele mai multe dintre
variabile sunt cunoscute şi pot fi complet programate.
Deciziile semistructurate pot fi programate doar parţial şi
în plus necesită creativitate şi intuiţie umană.
În situaţiile decizionale nestructurate, obiectivele sunt
greu de cuantificat iar modelul situaţiei este aproape
imposibil de proiectat.
SSD-urile oferă suport în soluţionarea părţilor structurabile
ale deciziei.
În ce priveşte părţile nestructurate ale problemei,
acestea urmează să fie rezolvate fără automatizare,
direct de decident, utilizând creativitatea sa.
SISTEME SUPORT PENTRU DECIZIE
Un SSD poate fi definit ca un sistem informatic format din trei
componente ce interacţionează: componenta de
gestiune a datelor, componenta de gestiune a modelelor
şi componenta pentru asigurarea comunicaţiei.
a) Componenta de gestiune a datelor. În procesul
decizional din afaceri, bazat mai ales pe cunoştinţe,
datele sunt procesate în informaţii care sunt evaluate în
raport de cunoştinţele existente sau stimuleaza crearea de
noi cunoştinţe. Putem spune că avem o relaţie Date –
Cunoştinţe - Informaţii.
b) Componenta de gestiune a modelelor execută
încărcarea, stocarea şi organizarea diferitelor modele
cantitative ce oferă facilităţi analitice sistemului suport de
decizie. Ea este formată din: baza de modele, sistemul de
gestiune a bazei de modele, catalogul de modele,
procesorul de execuţie, integrare şi comandare a
modelului.
MANAGEMENTUL PROCESELOR FEROVIARE
Evoluţia în timp şi evoluţia tehnologică au evidenţiat
necesitatea realizării unor sisteme informatice destinate
sprijinirii conducerii procesului de transport feroviar. În
figura 1, este prezentat principiul conducerii unui proces.
Conform teoriei sistemelor, procesul este tratat ca un bloc
funcţional care, pe baza unei mulţimi de reguli proprii,
prelucrează un set de intrări pentru a genera setul de ieşiri
necesar.
Prelucrarea din interiorul procesului este supusă unor
perturbaţii externe sau interne care conduc la alterarea
rezultatelor (ieşirilor) procesului.
• Eficacitatea conducerii unui proces constă în
capacitatea de adaptare a prelucrărilor interne astfel
încît să atenueze variaţia mărimilor de intrare şi a
perturbaţiilor, în scopul obţinerii unor valori a mărimilor
ieşirilor în plaja acceptată .
• Pentru atingerea acestui deziderat este necesară
reglarea permanentă a funcţionării procesului în raport
de variaţia intrărilor şi a perturbaţiilor.
MANAGEMENTUL PROCESELOR
FEROVIARE
MANAGEMENTUL PROCESELOR
FEROVIARE
În managementul traficului feroviar au fost puse în
evidenţă trei bucle de reglaj consecutive, definite pe
baza orizontului de timp pentru analiza comportării
sistemului şi pentru elaborarea deciziilor de conducere
a acestuia.
• Prima buclă de reglaj este bucla conducerii operative
care reglează în mod curent funcţionarea procesului
pentru acordarea acestuia cu obiectivele operaţionale
elaborate de nivelul superior de conducere.
• A doua bucla de reglaj este bucla conducerii tactice,
care acţionează pe un orizont de timp mediu. Deciziile
acestui nivel se materializează sub forma obiectivelor
transmise spre nivelul conducerii operative.
• A treia bucla de reglaj este bucla conducerii strategice
care reglează funcţionarea procesului pe un orizont de
timp larg, pe baza obiectivelor strategice şi ale evaluării
statistice a funcţionării procesului în perioada
anterioară.
MANAGEMENTUL PROCESELOR
FEROVIARE
În figura este reprezentat schematic principiul distribuţiei în timp
a etapelor conducerii unui proces. În figură se exemplifică
situaţia procesului de conducere a circulaţiei trenurilor.
Conducerea operativă se desfăşoară pe durata derulării efective
a procesului condus, pe perioada în care trenul este în circulaţie
(intervalul dintre momentul expedierii şi momentul sosirii).
MANAGEMENTUL CIRCULATIEI
TRENURILOR
În cazul circulaţiei trenurilor, modul general de organizare
a conducerii procesului trebuie reconsiderat prin prisma
aspectelor particulare referitoare la siguranţa circulaţiei
trenurilor.
În cazul conducerii circulaţiei trenurilor mai există încă o
buclă de reglaj suplimentar faţă de organizarea
generală prezentată în paragraful anterior.
Este vorba despre bucla de reglare a siguranţei. Această
buclă de reglaj este cea mai apropiată de proces, în
sensul că orice decizie privind derularea circulaţiei se
aplică procesului exclusiv prin intermediul filtrului introdus
de regulile de siguranţă pe care trebuie să le satisfacă
procesul.
În practică, această buclă de reglaj este materializată la
nivelul staţiilor şi liniilor curente prin:
• Aplicarea ansamblului de reguli de siguranţă privind
circulaţia şi manevra în staţii şi pe liniile curente.
• Instalaţiile de semnalizare feroviară, care asigură
implementarea unora dintre regulile de siguranţă şi
aplicarea
acestora
independent
de
acţiunile
operatorilor umani.
MANAGEMENTUL CIRCULATIEI
TRENURILOR
Trebuie menţionat că în figura urmatoare, influenţa
perturbaţiilor la care este supus procesul a fost figurată în mod
atipic în scopul de a se evidenţia influenţa perturbaţiilor
asupra proceselor de decizie. Analizând buclele de reacţie în
ordinea apropierii de procesul condus, deciziile vor avea în
vedere atenuarea consecinţelor următoarelor tipuri de
perturbaţii:
• Reglarea siguranţei trebuie să ia în consideraţie evenimente
cu caracter perturbator care pot influenţa siguranţa
circulaţiei.
• Managementul operativ se confruntă cu problema atenuării
consecinţelor oricărui tip de perturbaţie care poate afecta
procesul circulaţiei.
• Managementul tactic trebuie să ia în consideraţie situaţiile
previzibile de limitare a disponibilităţii infrastructurii sau cele de
limitare a disponibilităţii unor sisteme de semnalizare feroviară.
• Managementul strategic, datorită caracterului său de
planificare cadru, nu poate fi influenţat de posibila apariţie a
unor evenimente cu caracter perturbator.
NIVELUL DE COMANDA SI CONTROL
În cadrul sistemului feroviar român, activitatea de
conducere a traficului este implementată printr-o structură
organizatorică piramidală, în care se disting patru niveluri
de decizie ierarhizate (fig. 4.):
• Nivelul central (Nivelul 1), reprezentat prin dispeceratul
central de conducere a circulaţiei.
• Nivelul regional (Nivelul 2), reprezentat prin dispeceratele
regionale de conducere a circulaţiei. Reţeaua CFR este
divizată în regiuni, cărora le corespund entităţi
administrative de tip sucursală.
• Nivelul zonal (Nivelul 3), reprezentat prin dispecerate
zonale de conducere a circulaţiei. Fiecare regiune este
divizată, din punct de vedere al conducerii traficului, în
zone distincte. La nivelul reţelei CFR există mai multe
regulatoare de circulaţie. Activitatea regulatoarelor de pe
raza unei regionale este coordonată de dispeceratul
regional.
• Nivelul staţiilor (Nivelul 4). Pe reţeaua CFR există peste 900
de staţii de cale ferată. Din punct de vedere al conducerii
traficului, fiecare staţie este subordonată în mod unic unui
dispecerat regional.
NIVELUL DE COMANDA SI CONTROL
NIVELUL DE COMANDA SI CONTROL
În diagrama din figura precedenta a fost evidenţiat înca un
nivel de decizie pe care îl considerăm relevant mai ales
din perspectiva conducerii operative a traficului.
Reţeaua feroviară a fiecărui Regulator de Circulaţie (RC)
este împărţită în zone conduse de câte un operator uman.
O astfel de zonă de conducere a traficului este denumită
fir RC.
Având în vedere că firele RC sunt parte integrantă a RC,
putem concluziona că este vorba despre un sub-nivel al
nivelului 3 de decizie; din acest motiv a fost indicat în
figura precedenta sub denumirea Nivel 3’.
Analiza preliminară relevă că există o separaţie de
competenţe decizionale între RC şi firele RC, în sensul că:
• la nivelul firelor RC se elaborează deciziile pentru
conducerea traficului pe zona condusă;
• la nivelul RC se asigură coordonarea activităţii firelor RC şi
se elaborează decizii privind fluidizarea circulaţiei la
frontierele dintre firele RC adiacente.
VA MULTUMIM PENTRU ATENTIE !
Contact:
[email protected]
[email protected]