A SYSTEMATIC APPROACH TO THE PROBLEM OF TRAFFIC SAFETY CONTROL

УДК 629.421.3

В.Н. САМСОНКИН, д-р техн. наук, Гос. научно-иссл. центр ж.д. тр-та (Киев)

СИСТЕМНЫЙ

ПОХОД

В

ПРОБЛЕМЕ

УПРАВЛЕНИЯ

БЕЗОПАСНОСТЬЮ

ДВИЖЕНИЯ

Стаття присвячена проблемі створення одного з розділів чисельної теорії безпеки руху на залізничному транспорті.

Статья посвящена проблеме создания одного из разделов численной теории безопасности движения на же-лезнодорожном транспорте.

The Article is dedicated to problem of the creation of one of the sections to numerical theory to safety of the motion on rail-freight traffics.

Статьяпосвящена проблеме создания одно

-го из разделов численной теориибезопасности

нажелезнодорожномтранспорте. Известно, что

такая теория полностью не создана. К отдель

-ным ее подходам и разделам можно отнести

следующие:

• принципыбезопасностипроф. Петерсона;

• метод «ответственныхтехнологических

процессов» ЛисенковаВ.М.;

• концепцияриска (наиболееизвестнамо

-дель ALARP);

• принципэкономическойцелесообразности

винвестированиибезопасностидвижения;

• представлениетранспортныхпроисшест

-вийввидеграфапричинно-следственных

связей;

• моделированиетранспортныхпроцессов.

Представим процесс управления безопасно

-стьюдвижениявпоезднойиманевровойработе

на железнодорожном транспорте в терминах

теорииавтоматического управления в виде со

-вокупностиобъектауправленияиуправляюще

-гоустройства (рис.1). Объектуправления здесь

– перевозочный процесс, параметр управления

– нарушения безопасности движения (БД) в

поездной и маневровой работе, управляющий

сигнал – совокупностьорганизационныхитех

-нических мероприятий по воздействию на ос

-новныефакторы, влияющиенаБД («Ч» – чело

-век, «Т» – техника, «О» – организация работ, «С» – среда), с цельюуменьшенияихвредного влияния.

Хвх–плановыепоказатели Хвых= Хвых(ек, ех, tec, bd, …)

U –комплексорганизационныхи техническихмероприятийпоснижению воздействияфакторов «Ч,Т,О,С» F-возмущение

Объект управления (перевозочный

процесс)

Управление безопасностью

движения Х_вх

F

U bd

Х_вых

Рис. 1 Метод статистической закономерности в управлении безопасностью движения

ПриэтомдляформированиясигналаUнеобхо

-дима реализация таких этапов обработки ин

-формации оБД (сбор, хранение, анализ, приня

-тиерешения), которыепредставленынарис. 2.

Этапы сбора ихранения информации сущест

-вуютужесегодняиможноговоритьлишьобих

автоматизации, что уже делается в рамках ра

-боты и усовершенствования информационной

системы «АРМ ЦРБ». Блок анализа информа

-ции по существу является поддержкой приня

-тиярешенияидолжендать ответна дваоснов

-ных вопроса: «какова ситуация сегодня?» и

«что делать завтра?». Это соответствует реше

-ниюзадач

Сбор Хранение Анализ Принятие_{решения}

bd

U = U («Ч», «Т», «О», «С»)

U_под

• оценкисостоянияБД;

• прогнозированиясостоянияБД;

• анализ динамики причин и предпосылок

транспортныхсобытий.

Все эти этапы осуществляются с целью

принятия решения о разработке организаци

-онно-технических мероприятий по профилак

-тикенарушенийбезопасности впоездной има

-невровойработе.

Для решения указанных задач использован

системный подход на основетеории самоорга

-низации и предложен метод, который получил

название «метод статистической закономерно

-сти в управлении безопасностью движения».

Сущность его – в комплексном анализе и по

-стоянной актуализации закономерностей пове

-дения железнодорожного транспорта как сис

-темы. В качестве управляющего параметра ис

-пользуетсяинформацияо нарушенияхбезопас

-ностидвижениявпоезднойиманевровойрабо

-те.

Л.Заде [1] ещевсредине 70-хгодовговорил

о невозможностирешения проблемгуманисти

-ческих систем традиционными математически

-ми методами. Последние годы интенсивно раз

-рабатывается теория самоорганизации, которая

и стала теоретическимбазисом предложенного

метода. Этот базис составили принципы как

хорошо известные и зарекомендовавшие себя,

такипредложенныенами. Вотэтипринципы:

1. Единство объекта и среды его сущест

-вования.

2. Опосредование результата функцио

-нальнойдеятельностисистемыкаквнутреннего

системообразующегопроцесс-отношения.

3. Конечный результат деятельности, как

критерийподобиясостояниясистемы.

4. Вариантность получения конечного ре

-зультата.

5. Мультипараметрическое взаимодейст

-вие составляющих системы в получении ко

-нечногорезультата.

6. Статистическая природа проявления

действиякакотражениесистемностипроцесса.

7. Принципнаименьшегодействия.

8. Принцип «узкого» места.

9. Дихотомическая структура организации

отношений (принципединстваиборьбыпроти

-воположностей).

Рассмотрим сущность метода статистиче

-ской закономерности, которая представлена на

рис. 3.

Систематизация

Систематизация

Систематизация

Оценка

Оценка

Оценка

состояния

состояния

состояния

хранение

Алгоритм сортировки

статистики нарушений

БД

Оценка состояния

Норма

Актуализация нормы

Прогнозиро вание

Поддержка принятия решения Систематизация

событий

Актуализация классификатора bd

Анализ динамики изменений статистики Шкалирование

Кто

причин Почему

предпосылок Как

Когда Где

событий Что

Классификатор

Кто

причин Почему

предпосылок Как

Когда Где

событий Что

Классификатор

U_под

Рис. 3 Структура метода статистической закономерности в управлении безопасностью движения

Воснове оценки состояния БДлежит поня

-тие толерантности (неоднозначности, размы

-тости) [4] событий в человеко-машинных сис

-темах и теории функциональных систем [5].

Конечныйрезультатдеятельностисистемы при

многократном его достижении имеет статисти

-ку, котораяраспределенапозаконуГаусса

2 2

2 ) (

2

1

)

(

− −

σ

π

=

m x

e

x

p

Характернымиточкаминормальногозакона,

как известно, есть значение мат. ожидания (m)

-рые полностью определяют распределение.

Точке, соответствующей нулевой напряженно

-сти в деятельности системы, соответствует

нормальная кривая с максимальным средним

квадратическим отклонением (σ0=maxσ). По

мерероста напряженностидисперсия (а значит

и среднее квадратическое отклонение) умень

-шается. Напряженность состояния системы по

-нимается как усталость персонала, износ тех

-нических средств, изменившиеся условия, на

-пряженный график движения и т.д., которые

приводят к более напряженному режиму рабо

-ты ж.д. транспорта как системы в целом. На

-пряженность состояния градуируется уровнем

толерантности и характеризуется своим сред

-нимквадратическимотклонением.

Такимобразом, позначениюдисперсиираз

-бросапараметраx вокругmв (1) можносудить

осостояниисистемы.

В качестве параметра конечного результата

работы железнодорожного транспортакак сис

-темы рассмотрим безопасность движения, ко

-торыйбудемизмерятьколичествомнарушений

в поездной и маневровой работе за неделю xi,

гдеi – номернедели.

Упрощенно сущность существующей прак

-тикиоценки состояния безопасности движения

такова:

• сравнивается количество нарушений безо

-пасности движения за текущую

(i-ю) неделюспредыдущей (i-1)-й еслиxi < xi-1, состояниенеухудшилась, если xi > xi-1, состояниеухудшилась.

• сравнивается количества нарушений безо

-пасности движенияза текущую неделю те

-кущего (j-го) годасаналогичнымпериодом

предыдущегогодапоаналогичнойсхеме:

если _< j−1

i j i x

x , состояниенеухудшилось,

если

x

>

x

Недостаткитакойпрактики:

– неопределяетсянорма;

– не учитывается предыстория (статистика

предыдущихлет), аэтоможетсущественнопо

-влиятьнаоценку.

Понятна непопулярность понятия нормы в

вопросах безопасности движения. Поскольку

под уровнем безопасности на железнодорож

-номтранспортеобычнопонимаетсяколичество

нарушений безопасности движения в поездной

иманевровой работе, а его число должнобыть

какможно меньше (желательноравным нулю),

топравомернолиговоритьокакихтонормати

-вах?

Работа железнодорожного транспорта неиз

-бежно связанасриском, который определяется

как мера вероятности появления различной

степениущерба (последствий) из-занарушений

вперевозочномпроцессе. Транспортныйриск –

это результат интегрального действия множе

-ства факторов как субъективного, таки объек

-тивного характера. Онсуществует и существо

-вал всегда. Такимобразом, нарушения перево

-зочного процесса как проявление транспортно

-гориска – понятиеобъективное.

Аварию полностью нельзя исключить с по

-мощью технических или организационных ме

-роприятий. Они лишь снижают вероятность ее

возникновения. Поэтому для управления безо

-пасностью движения следует определить чис

-леннонорму.

Нет устоявшегося понятия нормы. Типич

-ные, нормальные, средние формы – только

часть огромного разнообразия структурно

-системной организации живой материи. Богат

-ство форм настолько же необходимо в жизни,

наскольконужнацелесообразностьвообще.

Подходы к количественному определению

нормы содержатся в работах М.Я. Брейтмана,

японских ученых Хирата и Каку. Наиболее

глубокое и обоснованное изложение понятия

нормы разработано в теории функциональных

систем, основыкоторой были заложены в 30-е

годы академиком П.К. Анохиным. В дальней

-шем эта теория получила развитие в работах

К.В. Судакова, А.А. Королькова, В.П. Петлен

-ко, Н.М. Амосова, Ю.Г. Антомоноваидр. Вих

работах обосновываетсяпринципиально новый

подход в трактовке понятия нормы. Норма по

-нимается не как фиксированный критерий, а

как процесс, определяющий оптимальный ре

-жим функционирования системы, то есть ее

функциональный оптимум. Вданной концеп

-ции норма трактуется как интервал оптималь

-ного функционирования системы с подвижны

-ми границами. В пределах этих границ сохра

-няется оптимальная связь сосредой исогласо

-ваниевсехфункцийсистемы.

Границывариации параметра конечногоре

-зультата зависят от интенсивности (напряжен

-ности) функциональной деятельности и отра

-жаетстатистическихарактерповедениянормы.

Рост напряженности состояния приводит к су

-жению вариации. Нулевая напряженность со

-стояниябудет характеризоваться наиболее ши

-рокими границами вариацииσ0, так как вэтом

случае наблюдается максимальная взаимозаме

При этом вариация параметра конечного

результата

[

]

зоныфункционального оптимумавконкретном

состоянии. А для совокупности состояний эта

характеристика и будет представлять собой

функциональныйоптимумкакнорму.

Разработаны соответствующие алгоритмы

формирования и актуализации нормы как

функционального оптимума и сортировки ста

-тистики.

Блок «оценка состояния» определяет, при

-надлежит лизначение xi области функциональ

-ного оптимума. Если «да» – состояние нор

-мальное и нарушения следует воспринимать

как объективное проявление транспортного

риска. Если «нет» – следует принимать меры

воздействия, в том числе жесткого дисципли

-нарного, кответственным. Кто жеэти ответст

-венные – будетвыясненовразделе «системати

-зация».

Нарис. 4, 5 показанграфикизменениячисла

нарушений БДзанеделюкакпараметра конеч

-ного результата. Приэтом использована стати

-стика нарушений безопасности движения по

железным дорогам Украины за период

1995…2003 г.г. Всего около 20 тыс. событий.

Будем рассматривать эти графики как реализа

-циюслучайногопроцессавовремени. Нарис. 6

представлен норма как функциональный опти

-мум. Главным здесьявляетсяееверхняяграни

-ца. Оценка состоянияпроводится поУкрзализ

-ныци (УЗ) в целом, по дорогам, хозяйствам,

участкамдорог.

УЗ y = 0,0003x

2 _{- 0,2957x + 98,862}

R2 = 0,6461

0 20 40 60 80 100 120 140 160

1 29 57 85 113 141 169 197 225 253 281 309 337 365 393

УЗ (безтренда)

-80,00 -60,00 -40,00 -20,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00

1 26 51 76 101 126 151 176 201 226 251 276 301 326 351 376 401

Рис. 4 График изменения общего количества нарушений безопасности движения на железных дорогах Украины по неделям

Приднепровскаяж.д.

0 5 10 15 20 25 30

1 29 57 85 113 141 169 197 225 253 281 309 337 365 393

Приднепровскаяж.д (безтренда)

-10,00 -5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

1 26 51 76 101 126 151 176 201 226 251 276 301 326 351 376 401

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

уровеньтолерантности

ко

личество

на

ру

ше

ний

Средние Верхняяграница Нижняяграница

Рис. 6 Зона стабильности функционирования железнодорожного транспорта (УЗ)

Анализ динамики причин и предпосылок

транспортных событий. Каждое транспортное

событие нарушения перевозочного процесса

представимцепочкой «предпосылка – причи

-на – событие ». Предпосылка – это коренная

причина, которая создает потенциальную воз

-можностьвозникновенияиразвития аварийной

ситуации. Непосредственные причины есть

следствием коренных, они создают реальные

условия перерастания возможности в реаль

-ность.

Известно: если хочешь победить болезнь –

следует лечить не ее проявления, а причины,

которые ее вызвали. Но причина, как правило,

бывает не одна. Транспортное событие – это

сложная цепочка (граф) промежуточных собы

-тий, в которой каждое предыдущее является

причинойдля последующего. Главная задача –

устранение предпосылок, т.е. глубинных при

-чин, которые чаще всего возникают по вине

человека.

Систематизация. Всетранспортныесобытия

систематизируются на шести параметров: ЧТО

случилось, КОГДАслучилось, ГДЕпроизошло,

КАК (обстоятельстваслучившегося), ПОЧЕМУ

(причина), КТО виноват. Далее каждый пара

-метр обрабатывается соответствующим клас

-сификатором. Классификаторы причин ипред

-посылокразработанывДНДЦУЗиутверждены

ЦРБдля использованияв «АРМЦРБ». Класси

-фикаторпредпосылоксостоитиз 8 разделов:

• дефекты изготовления технических

средств;

• недостаткиорганизацииработ;

• профессиональныйуровеньисполнителей;

• текущеесодержаниеиэксплуатация;

• ремонтныеработы;

• техническоеобслуживание;

• влияниеокружающейсредыидр.

Классификаторпричинразработан длякаж

-догохозяйстваиимеетмногоуровневуюструк

-туру, связанную непосредственно с устройст

-вомтехническихсредств.

В качестве классификатора событий ис

-пользуетсясуществующийклассификатор [2].

Каждое проклассифицированное событие

можетиметьнесколькопричин, которыевстре

-чаются с определенной частотой (вероятно

-стью). С помощью экспертной оценки были

выявленывеса (вероятности) присутствия в ка

-ждойпричинефакторовЧТО 1-гоуровня (тоесть

касающихся непосредственноперевозочного про

-цесса). Всвою очередьпричина можетиметь не

-сколькопредпосылок, которыеприсутствуюттак

-жесопределеннойчастотой. Определяютсявлия

-ние факторов «ЧТО» 2-гоуровня (ремонт, содер

-жание, обеспечение) и «С».

На основании всех трех составляющих ком

-плексного анализа выявляются те факторы в хо

-зяйствах, которые имеют тенденцию к росту, то

есть имеющих положительный градиент. Класси

-фикаторы должны постоянно отслеживаются и

периодическиизменяются.

Далееразрабатываютсямерыпопрофилактике

случаев нарушения безопасности движения с це

-лью снижения влияния вредных факторов. Кри

-терием выбора тогоили иного направления в профилактической работе служит снижение проявления причин и предпосылок, которые имеют тенденцию к возрастанию, или наи

-большийвесовойкоэффициентпосравнениюс другими.

По выявленным причинам и предпосылкам

определяетсядоляфакторов «ЧТОС», скоторыми инеобходимобороться, например, потакойсхеме,

Факторы

- уровеньзнаний - заменаиз-за

старения

- улучшить

ремонтнуюбазу

-уровни по

-дзем- ныхвод

-предрасположен

-ность

- модернизация

-нарушение тех

-нол. дисциплины

-ж.д. переезды

-вредные и

опас. факторы про-изводств.

среды

- состояние здоро

-вья

- претензии изготовителю

- улучшение технологий ремонта

-поведение в не

-штат. ситуациях - мотивация

- улучшение условийтруда

Рис. 7 Схема разработки мероприятий по профилактике нарушений безопасности движения

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК

1. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. – М.: Мир, 1976. – 165 с.

2. Положення про класифікацію транспортних подій та порушень у поїзній та маневровій ро-боті на залізничному транспорті, що

загрожу-ють безпеці руху. Наказ МТУ від 16.10.2003 № 800.

3. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса (Новый диалог человека с природой). – М.: Про-гресс, 1986. – 432 с.

4. Пфанцайгер И. Теория измерений. – М.: Мир, 1976. – 167 с.

5. Судаков К.В. Общая теория функциональных систем. – М.: Медицина, 1984. – 224 с.

6. Хакен Г. Синергетика. – М.: Мир, 1980. – 404 с.

Причина, предпосылка