SIGT:UM SISTEHA INTELIGENTE PARA O GERENCIAIIENTO DO TRAFEGO FERROVIARIO
R a u l Fonseca N e t o
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE
Pós-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DB UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS MECESSARIOS PARA A OBTENÇXO DO GRAU DE DOUTOR
ER CIÊNCIAS EM ENGENHARIA DE SISTEHAS E COBPUTAÇÃO
.
Aprovada por: P r o f . 4 n t 6 n i o de-lmeida Pinho, D.S. c P r o f . C a r l o s A l b e i - t o d a S i l v a Franco, D.Sc.
C'\~uv-Ca,\
P r o f . C l B u d i a G u e r r e i r o R i b e i r o d o Vale, D.Sc. P r o f.
Emmanuel P i s e c e s L a p e s Passas, Ph.D. P r o f . N B l s o n M a c u l a F i l h o , D.Sc.7'
RIO DE JANEIRO, R J
-
BRASIL JUNHO DE 1990FONSECA, RAUL NETO
SIGT: Um Sistema I n t e l i g e n t e para o Gerenciamento do Tr-áfega F e r r o v i a r i o [Rio de Janeiro] 1990
X X I I I , 523 p. 29.7 c 6 (COPPE/UFRJ, D.Sc.,
Engenharia de Sistemas e Computação, 1990)
Tese
-
Universidade F e d e r a l do R i o de Janeiro, COPPE1. I n t e l i g & n c i a A r t i f i c i a l I. COPPE/UFRJ
à ~ i n h a esp8sa Anbv&a
Aos meus filhos
Aqradecimen tos:
Neu p a r t i c u l a r agradecimento ao Prof. Antdnlo de Almeida Pinho, c u j a o r i e n t a ç ã o e confiança c r e d i t a d a à minha pessoa, foram determinantes na consolidação deste trabalho.
Ao Prof. F é l i x Hora-Camino, p e l a o r i e n t a ç ã o do mestrado, p e l o tema de tese e p e l a o r i e n t a ç ã o i n i c i a l prestada no i n i c i o do curso,
Aos Profs. Nklson Naculan F i l h o e Carlos Aberto Franco pela
v a l i o s a o r i e n t a ç ã o dos t r a b a l h o s de q u a l i f i c a ç ã o .
Ao Programa de Engenharia de Sistemas e Coiiputação, f u n c i o n á r i o s e professores, pelas condicõeç de t r a b a l h o e de aprendizado o f e r e c i d a s no d e c o r r e r do curso.
Aos companheiros Alvaro, Lorena, V i t o r , L u i z Satoru, L u i z
Torres, Adflson, Amorin, Ronaldo, Vermelho, Carlos Alberto, V a l d i r ,
André, e n t r e outros, que sempre me incetivaram e contribuiram, no d i a a dia, na s o l u ç ã o de inbmeras t a r e f a s .
Aos f u n c i o n á r i o s da B i b l i o t e c a Central, NCE, COPPE, c a n t i n a s e
xerox, p e l a presteza e sinceridade no atendimento e c o n v i v i o
proporcionado ao longo dos v á r i o s anos de estudo e pesquisa.
Aos colegas de magistOrio da Universidade Federal de J u í z de
Fora, que foram, sempre que necessário, s o l i d á r i o s à s minhas
s o l i c i t a ç õ e s encaminhadas a Chefia do Departamentu.
Aos colegas da RFFSA / SR-3
-
J u i z de Fora, que c o n t r i b u i r a mpara a consolidação da pesquisa, respondendo a inrfmeras questões, e
permitindo o acesso, sem r e s t r i ç ã e s , as funções de gerenciamento e c o n t r o l e do t r A f ego f e r r o v i á r i o ;
A
todos aqueles que, de uma forma ou o u t r a,
c o n t r i b u i r a m para o sucesso deste trabalho.Resumo d a tese a p r e s e n t a d a a COPPE/UFRJ coma p a r t e d o s r e q u i s i t o s n e c e s s i r i o s p a r a a o b t e n ç ã o d o g r a u d e D o u t o r e m C i g n c i a s (D.Sc. 1.
SIGT: UH SISTEMA INTELIGENTE PARA O GERENCIAHENTO DO TRAFEGO FERROVIARIO R a u l F o n s e c a Neto URIENTADOR : A n t B n i o d e Almeida P i n h o PROGRAHA : E n g e n h a r i a d e S i s t e m a s e ComputaçSo E s t e t r a b a l h o a p r e s e n t a o d e s e n v o l v i m e n t o t e b r i c o e f o r n e c e a i n p l e m e n t a ç ã o b k s i c a d e um s i s t e m a d e p l a n e j a m e n t o c a p a z d e r e a l i z a r o g e r e n c i a n e n t o e c o n t r o l e d e t r e n s em uma f e r r o v i a , c o n t r i b u i n d o p a r a a a u t o m a ç ã o p a r c i a l e o t i r i z a ç ã o d o s e r v i ç o d e despacho. E n t r e as c a r a c t e r í s t i c a s p r i n c i p a i s d o
sistema,
podemos d e s t a c a r a s u a c o n d u t a o b j e t i v a e r a c i o n a l , v o l t a d o p a r a a s o l u ç ã o d o problema, p e r m i t i n d o g r a n d e f l e x i b i l i d a d e n a r e a l i z a ç ã o d e ,um p l a n e j a m e n t o dinamito e i n t e r a t i v o , u t i l i z a n d o , p a r a t a n t o , a conhecimento d e c l a r a t i v o e h e u r i s t i c o , a s s o c i a d o a o domi n i o d atarefa.
O
sistema
f o i c o n s t r u i d o como
u s o combinado d e t & c n i c a s d e I n t e l i g g n c i a A r t i f i c i a l , T e o r i a d e S i s t e m a s , P e s q u i s a O p e r a c i o n a 1 e Hicro-Computação, t e n d o como h i p o t g s e s f u n d a m e n t a i s -a v i a b i l i d a d e d e se r e a l i z a r a o p e r a ç ã o d e t r e n s n a malha f e r r o v i á r i a com o u s o d e p l a n e j a m e n t o e a p o s s i b i l i d a d e d e se modelar matematicamente o problema d e d e s p a c h o d e t r e n s .i l a i s p r e c i s a m e n t e , formulamos um problema d e p r o g r a m a ç ã o s u l t i o b j e t i v a " f u z z y " , q u e u t i l i z a um c o n j u n t o d e f u n ç õ e s d e p e r t i n @ n c í a q u e a v a l i a m o n i v e l d e s a t i s f a ç ã o d o s o b j e t i v o s e i n c o r p o r a a s
r e s t r i ~ õ e s
e s t r u t u r a i s d o problema d e "scheduling'", d e t e r m i a a n d o umar e p r e s e n t a ç ã o e s p a ç o - e s t a d o e a d e f i n i ç ã o d e um sistema f i s i c o s i m b C i l i c u q u e p e r m i t i u a g e r a ç ã o d e p l a n o s d e h o r á r i o s d e forma e f i c i e n t e . Dando c o n t i n u i d a d e , d e s e n v o l v e m o s uma a r q u i t e t u r a q u e s u p o r t a u g e r e n c i a m e n t o i n t e l i g e n t e d e p l a n o s d e ações o u a tomada d e d e c i s õ e s , i n c l u i n d o a s f u n ç õ e s b A s i c a s d e p l a n e j a m e n t o , r e p l a n e j a m e n t o , m o n i t a r a ç ã o , o t i m i z a ç ã o e s i m u l a ç ã o . A e x p e r i m e n t a ç ã o d o sistema f o i p o s s i v e l a t r a v é s d a i m p l e w e n t a ç ã o d e um modulo q u e p e r m i t e a s i m u l a ç ã o d a e x e c u ç ã o d a p l a n e j a m e n t o , a t r a v e s d a m o n i t a r a ç ã o e c o n s e q u e n t e a v a l i a ç ã o d e p l a n ~ s n a p r e s e n ç a d e uperaçZ5es s i m u l a d a s . T a i s e x p e r i m e n t o s , v i a b i l i z a r a m , a p r i m e i r a v i s t a
,
a i m p l e m e n t a ç ã o d e um s i s t e m a d e g e r e n c i a m e n t a e m tempo r e n f , s e g u n d oum
m d e l a d e m a n i t o r a ç ã o e r e p l a n e j a m e n t o . í3 p r o g r a m a d e c o m p u t a d o r f o i d e s e n v o l v i d o n a l i n g u a g e m d e praqramaçSc! Hodula-2, s e g u n d a a s t é c n i c a s mais a v a n ç a d a s d e pvo j e t o e c a n s t r u ç ã o , s o b o e n f o q u e d e m ú l t i p l o s p a r a d i g m a s , e x p l o r a n d c ! as c a r a c t e r i s t i c a s n e c e s s A r i a s a o d e s e n v o l v i m e n t o d e sistemas d e p r o q r a m a ç ã u e m I n t e l i q ê n c i a A v t i f i c i a l .A b s t r a c t o f t h e s i s p r e s e n t e d t o COPPE/UFRJ a s p a r t i a 1 f u l f i l l m e n t of t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e s o f D o c t o r o f S c i e n c e (D. Sc.).
AN INTELLIGENT SYSTEH FOR THE RAILWAY TRAFFIC MANAGEMENT
R a u l F o n s e c a n e t o T h e s i s Ç u p e r v i s o r : A n t B n i o d e A l m e i d a P i n h o Departmen
t:
E n g e n h a r i a d e Sistemas e C o m p u t a ç ã o T h i s d i s s e r t a t i o n d e a l s w i t h t h e t h e o r e t i c a l d e v e l o p m e n t a n d c o m p u t a t i o n a l a s p e c t s of a p l a n n i n g s y s t e m w h i c h is a b l e t o r e a l i z e t h e r a i l w a y t r a f f i c management, p r o v i d i n g t h e p a r c i a l a u t o m a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n o f t h e d i s p a t c h i n g s e r v i c e ,Among t h e main f e a t u r e s o f t h e s y s t e m , w e c a n d i s t i n g u i s h its o b j e c t i v e and r a t i o n a l g o a l , d i r e c t e d t o t h e p r o b l e m s o l v i n g , a l l o w i n g a g r e a t f l e x i b i l i t y i n making i n t e r a c t i v e a n d d y n a m i c p l a n n i n g . F o r t h i s p u r p o s e t h e s y s t e m u s e s a d e c l a r a t i v e and h e u r i ç t i c k n o w l e d g e m e n t , a s s o c i a t e d w i t h t h e t a s k domain. T h e s y s t e m was d e v e l o p p e d w i t h t h e combined u s e o f t e c h i n i c s r e l a t e d t o A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e , O p e r a t i o n s R e s e a r c h , S y s t e m T h e o r y a n d M i c r o - C o m p u t a t i o n . The f u n d a m e n t a l h y p o t h e s i s were t h e v i a b í l i t y o f making t h e t r a i n o p e r a t i o n i n a r a i l w a y l i n e w i t h t h e u s e of p l a n n i n g a n d t h e p o s s i b i l i t y o f f o r m u l a t i n g a m a t h e m a t i c a l model t o t h e t r a i n
d i s p a t c h i n g problem.
I n o t h e r words, we formulated a fuzzy m u l t i - o b j e c t i v e programming problem t h a t uses a s e t o f membership f u n c t i o n s which evaluates t h e s a t i s f a c t i o n l e v e 1 o f t h e goals and i n c o r p o r a t e s t h e s t r u c t u r e d c o n s t r a i n t s o f t h e scheduling problem
,
d e f i n i n g a state-space r e p r e s e n t a t i o n and a symbolic p h i s i c a l system wich a l l o w s t h e generation o f schedules p l a n s i n a e f f i c i e n t way.Indeed, we developped an i n t e l l i g e n t a r c h i te c t u r e t h a t supports t h e management o f plans o f a c t i o n s o r t h e decision-making process
,
i n c l u d i n g t h e b a s i c f u n c t i o n s o f replanning, monitoring, o p t i m i z a t i o n and simulation.The system experiment was p o s s i b l e by t h e use o f a module implementation wich l e t a simulated execution thrsugh t h e m o n i t o r i n g process t h a t evaluates the planning f e a s i b i l i t y . These experiments provided, a t f i r s t s i g h t , t h e implementation o f a r e a l - t i m e management system
,
from a m o n i t o r i n g and r e p l a n n i n g model.The s o f t w a r e was developped i n programming language Modula-2
w i t h t h e most advanced techinãcs and e x p l o r i n g t h e necessary f e a t u r e s r e l a t e d t o A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e programming systems.
Organização dos Capi tulos:
I
-
Um
Sistema Inteligente Para o Gerenciarento daTrAfego de Trens (SIGT) : In trodução 1
I1
-
Descrição do Sistema Segundo a Concepção .de 6Sistemas Inteligentes
111
-
Geração de Planos de Horbrios 69IV
-
Desenvolvimento de um Sistema Baseado em 155 ConhecimentoV
-
Desenvolvimento de una Base de Conhecimento para o 212 SistemaVI
-
T&cnicas Aplicadas ao Desenvolvimento do Sistema 263 como uma Arquitetura InteligenteVI1
-
Planejamento e Execução de Planos 323VI11
-
Conclusões e Recomendações 466Apêndice
I
-
Esquema de Classificqão do Sistema SIGT 490Apêndice I1
-
Organização e Especificaçãa do Programa 494 SIGTCon tebdo: Página:
I
-
Um Sistema I n t e l i g e n t e Para o Gerenciamento do Tráfego de Trens [SIGT) : I n t r o d u ç ã o1.1
-
Apresentação, J u s t i f i c a t i v a s e O b j e t i v o s1.2
-
Organização e L i m i t a ç õ e sI 1
-
D e s c r i ç ã o do Sistema Segundo a Concepção de Sistemas I n t e l i g e n t e s2.1
-
I n t e l i g e n c i a A r t i f i c i a l e Sistemas de Suporte a Tomada de Decisões2.1.1
-
Sistemas I n t e l i g e n t e s.
Concei tuação e Propriedades2.1.2
-
H i e r a r q u i a dos Sistemas de Gerenciamento NIS-
"
Nanagement I n f o r m a t i o n System"
.
DSS-
" Decision Support System"
.
ES-
" Expert System"
.
DSIR-
"
Decision Suport / Decision S i n u l a t i o n"
IBS-
"
I n t e l l i g e n t Nanagement System"
2.1.3
-
C o n t r o l e e Gerenciamento I n t e l i g e n t e s.
I n t e g r a ç ã o de N i v e i s de Gerenciamento e C o n t r o l e.
I n t e g r a ç ã o de TBcnicas de I n t e l i g e n c i a A r t i f i c i a l , Teoria de Sistemas e Nicro-Computação2.2
-
Sistema I n t e l i g e n t e para o Gerenciamento de Tráfego F e r r o v i á r i o (SIGT) 2.2.1-
Q u e s t i o n & r i o B á s i c o.
O b j e t i v o s do Problema.
P r i o r i d a d e de Trens.
E s t r a t b g i a s de S o l u ç ã ~ de C o n f l i t o s.
Elaboração de Planos de H o r á r i o s.
Conhecimen t o Associado: A q u i s i ç ã o e Representação.
Imprecisão do SistemaC a r á t e r Nu1 ti - O b j e t i v o e Nu1 t i - C r i t b r i o V i a b i l i d a d e de Implantação do Sistema 2.2.2
-
C a r a c t e r i z a ç ã o do Sistema2.2.3
-
A r q u i t e t u r a B á s i c a do Sistema 31= Sistema F í s i c o Simbólico Associado a um flodelo Ha ternáti co
Sistema de ProduçSo
= Base de Conhecimento
.
Combinando "Frames" e Regras2.2.4
-
Capacidade e Funcionalidade do Sistema SIGT 37.
Plodelageni Otimização.
Planejamento e Replanejamento Simulação.
Roni t o r a ç ã o.
I n t e r F a c e Amigável 2.2.5-
Propriedades.
A c e s s i b i l i d a d e E x t e n s i b i l i d a d e Consist&ncia e Robustez 2.3-
Planejamento e C o n t r o l e 53 2.3.1-
Hipbteses Fundamentais 532.3.2
-
Operaqâo P r i m i t i v a do Despacho de Trens 55.
Grade de Trens.
Funções do Despachador2.3.3
-
OperaçZo com C o n t r o l e de Tráfego Centralizado 56 D e s c r i ç ã o do CTC Funções de C o n t r o l e 2.3.4-
Por Aue P l a n e j a r ?.
Otimização Requer P r o j e ç ã o Linhas de R a c i o c í n i o.
U t i l i z a ç ã o de Padrílies Conhecimento Associado.
Dimensões do Planejamento 2.4-
A p l i c a b i l i d a d e do Sistema SIGT 65 2.4.1-
Concepção A 1 t e r n a t i v a de Planejamento F e r r o v i á r i o2.4.2
-
Ferramenta para a Realizaqão de Planejamento 66Decisões Eçtrat&gicas, T A t i c a s e Operacionais
I11
-
Geração d e P l a n o s d e H o r á r i o s 3.1-
C o n s i d e r a ç õ e s I n i c i a i s 3.2-
Descrição d o P r o b l e m a 3.2.1-
I n t r o d u ç ã o 3.2.2-
Restrições E s t r u t u r a i s.
Restrições d e P r o c e s s a m e n t o.
Restrições d e S e q u e n c i a m e n t o e P r e c e d g n c i a.
Restrições d e D i s p o n i b i l i d a d e 3.2.3-
T i p o s d e C o n f l i t o s.
C o n f l i t o d e c r u z a m e n t o.
C o n f l i t o d e U l t r a p a s s a g e m.
m a n u t e n ç ã o d o "Headway" C o n s i d e r a ç õ e s 3.2.4-
M e d i d a s Clássicas d a F u n ç ã o O b j e t i v a O t i m a l i d a d e d a s S o l u ç õ e s.
A t r i b u i ç ã o d e P e s o s 3.2.5-
D i a g r a m a E s p a ç o x Tempo.
G r a d e d e T r e n s 3.3-
F o r m u l a ç ã o R a t e m a t í c a 3.3.1-
N o t a ç õ e s e F o r m u l ~ ~ C l á s s i c a 3.3.2-
P r o b l e m a M a l - E s t r u t u r a d o.
I m p r e c i s ã o d o S i s t e m a.
Restrições d e C a p a c i d a d e.
C a r á t e r f l u l t i - O b j e t i v o e Hul t i - C r i t é r i o.
C o n f l i t o s d e U l t r a p a s s a g e m 3.3.3-
P r o c e d i m e n t o C o m p u t a c i o n a l.
A l g o r í tmo " B r a n c h a n d Bound".
E s c o l h a d e Vértices p a r a E x p a n s ã o.
F i x a ç ã o d e V a r i A v e i s , C o n f l i t o s d e U l t r a p a s s a g e m 3.3.4-
# & t o d o d e S o l u ç ã o 3.3.5-
R e s t a u r a ç ã o d e V i a b i l i d a d e 3.3.6-
A n a l i s e d a C o m p l e x i d a d e.
C l a s s e d e P r o b l e m a s C o m p l e x i d a d e d o Grafo d e e s t a d o s.
E x i b i ç ã o e R e c o n h e c i m e n t o d e uma S o l u ç ã o3.4
-
O t i m i z a ç ã o "Fuzzy" 3.4.1-
I n t r o d u ç ã o 3.4.2-
P r o g r a m a ç ã o F l e x i v e l So1uc;ões S a t i s f a t d r i a s.
FunçSieç d e P e r t i n ê n c í a O p e r a d o r e s C l á s s i c o s.
F o r m u l a ç õ e s.
S o l u ç õ e s Não-Dominadas 3.4.3-
P r o g r a m a ç ã o R o b u s t a.
F u n q ã o "Fuzzy".'
P a r â m e t r o s "Fuzzy" D u a l i d a d e 3.5-
D e s e n v o l v i m e n t o d e um PIadelo "Fuzzy" 3.5.1-
A v a l i a ç ã o d o s O b j e t i v o s A v a l i a q ã o d e Desempenho.
M i v e i s d e S a t i s f a ç ã o e d e P r i o r i d a d e 3-5.2-
D e s e n v o l v i m e n t o d a s F u n ç Z e s d e P e r t i n ê n c i a 114.
E x p r e s s ã o P i a t e m á t i c a.
A s p e c t o G r A f i c o P r o p r i e d a d e s 3.5.3-
Determinac$o d o s I n t e r v a l o s ( A t r a s o s 1.
Agrupamento d e O b j e t i v o s e C B l c u l o d e Atrasos E s t a b e l e c i m e n t o d e C r i t é r i o s 3.5.4-
F o r m u l a ç ã o f l u l t í - O b j e t i v a "Fuzzy" (FUOF) 117 Problema Uax-Hin.
Problema d e I n e q u a ç õ e s T r a b a l h o s C o r r e l a t o s.
C o n s i d e r a ç õ e s a R e s p e i t o d a FPIOF 3.5.5-
R e a v a l í a ç ã o d e P r i o r i d a d e s R e a v a l i a ç ã o d e P l a n o s P e r c e n t u a i s d e R e a j u s t e 3.5.6-
O p e r a d o r e s C o m p e n s a t d r i o s 123 3.6-
T é c n i c a d e S o l u ç ã o 125 3.6.1-
D e s e n v o l v i m e n t o d e um S i s t e m a F i s i c o S i m b d l i c o 125.
F u n ç õ e s d e T r a n s f o r m a ç ã o T a b e l a d e Tempos P a r â m e t r o s "Fuzzy"3.6.2
-
Hétodo de Busca 131.
A p l i c a ç ã o de TBcnicas de I n t e l i g s n c i a A r t i f i c i a l.
Plétodos Empregados na Solução de Problemas3.6.3
-
Função de A v a l i a ç ã o.
A l g o r i t e o BFt.
Componente H e u r i s t i c a.
C a r á t e r Fíonot8nico Decrescente.
Consist&ncia e A d m i s s i b i l i d a d e 3.6.4-
V i a b i l i d a d e da Tabela de Tempos.
C o n s i s t ê n c i a do Conjunto A t i v o e da Base de Conhecimento Propriedades do Planejamento C l á s s i c o.
Solução de C o n f l i t o s na Ordem Cronolt5gica 3.6.5-
Tratamento de C o n f l i t o s.
H i e r a r q u i a de C o n f l i t o s-
E s t i m a t i v a ou P r o j e ç ã o do I n s t a n t e 3-6.6-
A l g o r i t m o s Propostos.
A l g o r i tmo A*.
A l g o r i t m o com Sucessivas Buscas em Profundidade C á l c u l o de L i m i t e s I n f e r i o r e s.
Aspectos Computacionais.
Exemplo ( A*)3.6.7
-
I n t e g r a ç Z o de Pl&todos de R a c i o c l n i o e Busca 153I V
-
Desenvolvimento de um Sistema Baseado em 155Conhecimento 4.1
-
V i a b i l i d a d e de U t i l i z a ç ã o em Sistemas de 155 Planejamento 4.1.1-
Planejamento e "Scheduling" 155 4.1.2-
A p l i c a ç õ e s E x i s t e n t e s 156 4.2-
Representação do Conhecimento 4.2.1-
Bases de Conhecimento 4.2.2-
Objeto-Atributo-Valor.
T r i p l a s O-A-V.
Conhecimento E s t á t i c o e Dinamito.
Pares A-V 4.2.3-
Redes Semânticas.
Modelo Entidade-Relacionamento.
I n s t a n c i a ç ã o Herança e E s p e c i a l i z a ç ã o A t r i b u t o s.
Composição 4.2.4-
"Schemas" 4.2.5-
Regras de Produção Representação e Organização I n t e r p r e t a ç ã o , C o n t r o l e e Execução.
R a c i o c í n i o e I n f e r g n c i a 4.2.6-
"Frames".
Organização e E s t r u t u r a ç ã o do Conhecimento.
Base E s t a t i c a para Sistemas de ProduçãesI Modelo de Gerenciamento de Mbdulos de Regras
.
Sistema para H o n i t o r a ç ã o de Eventos Externos4.3
-
Sistemas Baseados em Regras4-3.1
-
Propriedades e Evolução4.3.2
-
C o n t r o l e do Conhecimento.
Sistemas de ProduçSo Nao D e t e r m i n i s t i c o.
Me ta-Regras.
C o n t r o l e Procedural Abstraqão de Espaços 4.4-
A r q u i t e t u r a de um Sistema Baseado em 183 Conhecimento 4.4.1-
Consideraçães I n i c i a i s 183 4.4.2-
P r i n c i p a i s I d & i a s 185.
A l g o r i t m o RETE.
I t e r a ç ã e s Sobre a flembria de Trabalho Conjunto de Regras.
Aspectos Negativos.
Representação do Conhecimento.
Decomposição e Modularidade4.4.3
-
Desenvolvimento e Implementqão 191E s t r u t u r a s de Representação do Conhecimento: "Frames"
.
Implemen t a ç ã o de "FramesH.
flembria de TrabalhoFuncionamento
-
Explanagão de R a c i o c í n i o4.4.4
-
Programação com H b l ti p l o s Paradí gmas.
Ambiente de Programação.
Programação com L 6 g i c a.
Programa SIGT.
ReflexõesV
-
Desenvolvimento de uma Base de Conhecimento para o 212Sistema
5.1
-
N i v e i s de Conhecimento 5.1.1-
N i v e i s F i s i c o e Simbolico 5.1.2-
Hipotese do N i v e l Conhecimento 5.1.3-
N i v e l Organizacional5.2
-
Conhecimento Aplicado ao Planejamento e 217"Scheduling"
5.2.1
-
Sistema I S I S 21 75.2.2
-
Sistema SIGT 2195.3
-
Base de Conhecimento Associada ao Sistema SIGT 2195.3.1
-
"Fraee" Classe de Trens 2205.3.2
-
"Frame" Trens 22 15.3.3
-
"Frame" SeçZíes da F e r r o v i a 2245.4
-
Organização das Regras de Produção 2275.4.1
-
Tipos de Regras 2275.4.2
-
N í v e l de A n á l i s e 2285.4.3
-
N í v e l D e c i s ó r i o 232.
Arvore de Decisões na Solução de C o n f l i t o s.
Cruzamento em Linha Dupla.
Cruzamento em Linha Singela.
Nanutent;ão do "Headway".
Ultrapassagem em Linha Dupla.
Ultrapassagem em Linha Singela5.4.4
-
N í v e l de R e s t r i ç õ e s Condição do Trem Parar.
Condição do Trem Avançar 5.5-
Desenvolvimento de Regras H e u r i s t i c a s 5.5.1-
S i t u a ç õ e s de C o n f l i t o s C l á s s i c o s.
C o n f l i t o de Cruzamento C o n f l i t o de Hanutenção do "Headway".
C o n f l i t o de Ultrapassagem 5.5.2-
S i t u a ç õ e s de C o n f l i t o s Complexas : I n e x i s t & n c i a de C o n f l i t o de Cruzamento Prevençâlo de Bloqueio.
Cruzamento com Onda de Trensflanutenção do "Headway" com C o n f l i t o de Cruzamento
.
I n e x i s t t - n c i a de C o n f l i t o de Ultrapassagem5.5.3
-
S i t u a ç õ e s Envolvendo R e s t r i ç õ e s A n á l i s e de CapacidadeR e s t r i ç õ e s F i s i c a s e Operacionais
V I
-
Técnicas Aplicadas ao Desenvolvimento do Sistema como uma Arquí t e t u r a I n t e l i g e n t e6.1
-
A r q u i t e t u r a s I n t e l i g e n t e s 6.1.1-
A r q u i t e t u r a SOAR 6.1.2-
Processo D e c i s ó r i o-
SOAR 6.1.3-
A r q u i t e t u r a SIGT 6.1.4-
Processo D e c i s ó r i o-
SIGT A l g o r i tmo A*.
A l g o r i tmo com Sucessivas Buscas em Profundidade.
A l g o r i tmo I D A *6.1.5
-
A p l i c a ç õ e s de A r q u i t e t u r a s I n t e l i g e n t e s.
A p l i c a ç ã o da A r q u i t e t u r a SOAR ao Sistema RWXCONA p l i c a ç ã o da Clrquitetura ÇIGT as Funções de Planejamento e "Scheduling" 6.1.6
-
Aprendizado.
T e o r i a "Chunking".
Çimulação de Produções 6.2-
T&cnicas de Decompesição 6.2.1-
Decomposição H i e r a r q u í c a6.2.3
-
Macro-Operadores 280 6.3-
I n t e q r a ç ã o e n t r e TBcnicas de I n t e l i g ê n c i a 281 A r t i f i c i a l e Pesquisa Operacional 6.3.1-
Resultados Comparativos 28 1 6.3.2-
J u s t i f i c a t i v a s 282 6.4-
TBcnicas de Simulação 2866.4.1
-
Simulação o r i e n t a d a p e l a Programação de Eventos 286.
Funcionamento.
A l g o r i tmo de C o n t r o l e e Programação.
Aspectos Negativos6.4.2
-
Simulação Orientada p o r Processos.
Funcionamento.
Implemen t a ç ã o em SIHULA-67.
Ifnplementação em ADA.
Ifnplemen t a ç ã o em HODULA-2.
Execução Concsrren t e de Processos.
Consideraçães6.4.3
-
Dependência L o g i c a e Cronol6qica E n t r e Eventos 303.
Garantia de R e a l i z a ç ã o de Eventos.
Execução P a r a l e l a de Eventos sem Dependencia L 6 g i c a.
Iwplementação Parcialmente C o r r e t a.
E x i s t ê n c i a de um *Loop" I n f i n i t o.
Implemen t a ç ã o Totalmente C o r r e t aConsiderações
6 - 4 4
-
Modelo de Simulação Associado ao Sistema SIGT 314Mecanismos de C o n t r o l e e Programação
.
Trabalhos C o r r e l a t o sTomada de Decisões e O t i w i z a ç ã o
.
I n t e g r a ç ã o com Sistemas E s p e c i a l i s t a sV I 1
-
Planejamento e Execução de Planos 3237 - 1
-
I n t r o d u ç ã o ao Gerenciamento d e P l a n o s d e Ações 3237.1.1
-
Fases de um Plano 3237.1.2
-
Representação de 1nforma;ões 3247.2
-
Hodelos L i n e a r e s de Planejamento 7-2.1-
STRIPS = Forma de Representação.
E s t r a t á g i a de C o n t r o l e Recursiva = Con t r i b u l ç õ e s 7.2.2-
GPS 329.
Forma de Representação e E s t r u t u r a de C o n t r o l e.
"Heans-Ends A n a l y s i s m 7.2.3-
HACKER 330.
Técnica de Planejamento.
C o n t r i b u i ç õ e s.
Aspectos Negativos7.3
-
Hodelos Não L i n e a r e s de Planejamento 7.3.1-
Planejamento H i e r A r q u i c o.
ABSTRIPÇ.
H i e r a r q u i a e R e f l e x ã o em Sistemas de Planejamento 7.3.2-
Planejamento Não L i n e a rFalha no Planejamento L i n e a r
.
Desenvolvimento de Planos Não L i n e a r e s= E s t r a t é g i a "Least-Commitment"
-
NOAH.
E s t r a t é g i a "Constraint-Posting"-
HOLGEM7.3.3
-
Planejamento e OtimizaçãoDomin$ncia e n t r e Planos
.
Otimização de Planos n u Sistema SIGT7.3.4
-
C r i t é r i o da Verdade-
TUEAK-
Representação de Planos C a r a c t e r i z a ç ã o do Espaço , Alcance de O b j e t i v o s E s t r u t u r a de C o n t r o l e.
Considerações I Representação de Ações e S i n e r g i a7.3.5
-
Planejamento com Recursos-
SIPE-
I n t r o d u ç ã o , Representação de Planos-
Uso de R e s t r i ç õ e s-
R a c i o c i n i o sobre Recursos.
Paralelisrno e n t r e Ações I E s t r u t u r a de C o n t r o l e7.3.6
-
P a r a l e l i ç m o e n t r e Ações no Sistema SIGT 360.
Construção de Planos segundo a I n t e r p r e t a ç ã o do C r i t á r i o da Verdade.
Exemplo de Paralelismo com um Onico Agente.
Desenvolvimento de Planos Esqueletos7.3.7
-
Organização de Sistemas de Planejamento.
Agendas-
Molgen.
8uadro-Negros-
HERSAYModelo de Planejamento O p o r t u n i s t i c o
.
Brganizaçãr, do Sistema SIGT7.4
-
Planejamento com I n c e r t e z a7.4.1
-
C a r a c t e r i s t i c a s e Parâmetros.
Reflexão.
P r e v i s i b i l i d a d e e Reatividade.
Reatividade e Tempo de RespostaH o r i z o n t e de Planejamento e P r e v i s i b i l i d a d e Reatividade e Planejamento H i e r á r q u i c o I P r e v i s i b i l i d a d e e Informação Sensorizada
.
Corretude e Robustez.
Enquadramento do Sistema SIGT7.4.2
-
Píanutençãlo de Verdade em Sistemas de Planejamento.
L ó g i c a e R a c i o c i n i o Não-HonotBnico.
Sistemas de Manutenção de Verdade.
Dependi-ncia de Fatos e Planejamento7.4.3
-
Representação de I n c e r t e z a em Sistemas de 385Planejamento
Fontes de I n c e r t e z a Modelos de Representação
.
I n c e r t e z a no Sistema SIGT7.4.4
-
L6gãca Mão-MonotGnica e T e o r i a de Decisão 387.
Moção de U t i l i d a d e ou H a n i f e s t a ç ã o de P r e f e r g n c i a-
L ó g i c a NZo-Mono t G n i c a e Planejamento T e o r i a de Decisão e Planejamento 7.5-
Planejamento Temporal 7.5.1-
Estnnturas de Representação.
S i t u a ç ã o como I n s t a n t e s ou I n t e r v a l o de Tempo7.5.2
-
Teorias de Tempo e Ação.
R a c i o c í n i o sobre I n t e r v a l o s de Tempo.
T e o r i a Pontual e T e o r i a de I n t e r v a l o s.
Modelo de A l l e n.
Trabalhos C o r r e l a t o s.
Extensão ao Modelo de A l l e n.
C b l c u l o de I n t e r v a l o s no Sistema SIGT 7.5.3-
Verdades e Planos.
Mundo Esperado, Desejado e PlanejadoEstabelecimento de Pr&-Condições
.
E x i s t ê n c i a de u m R e l d g i o I n t e r n o7.5.4
-
Representação de Ações no Sistema SIGT.
Forma de Representação.
A n á l i s e das Pré-CondiçõesConsideraç8es sobre a S i t u a ç ã o Real de Operação
7.5.5
-
Gerenciamen t o de RestriçiTes Temporais= Sistemas com R e s t r í ç ã e s na Forma D i s j u n t i v a
.
Sistema de Planejamneto DEVISER7.6
-
Execução de Planos 7.6.1-
ConsideraçSjes.
Domi n i o F a v o r á v e l ao Planejamento-
Técnicas de Execução floni t o r a ç ã o 7.6.2-
Planejamento Contigente I n t r o d u ç ã oE Função de Custo e Expansão de Planos
-
Considerações7.6-3
-
"Scheduling" O p o r t u n í s t i c o-
I n t r o d u ç ã o= E s t r a t e g i a B á s i c a
.
Emulação em Tempo RealModelo de floni t o r a ç ã o 7.6.4
-
Planos U n i v e r s a i s Monitoração x Reação E I n t e r p r e t a ç ã o de Planos U n i v e r s a i s I Construção de Planos U n i v e r s a i s Considerações 7.6.5-
Tabelas T r i a n g u l a r e s.
Processo de Construção.
Honi t o r a ç ã o.
Considerações.
A p l i c a ç ã o no Sistema SIGT 7.6.6-
Recuperação de E r r o s-
SIPE.
I n t r o d u ç ã o.
Hbdulo de Replanejasento.
A p l i c a ç ã o no Sistema SIGT.
Problemas e m u m Plano Ações de Replanejamento.
ConsideraçBes7.7
-
Execução de Planos no Sistema ÇIGT7.7.1
-
Planejamento DinAéicoTransformações e V i a b i l i d a d e do- Planejamento I n s e r ç ã o de Trens Deleção de Trens A l t e r a ç S o de A t r i b u t o s e Valores Realimen ta ç ã o do Planejamento 1.7.2
-
H o n i t o r a ç ã o e Replanejamento 461.
Configuração B á s i c a I I n t e r p r e t a d o r de C o n f l i t o s e Açães do Planejamento.
Rotina de Execução.
Honi t o r a ç ã o e Sensoramen t o I n t e r p r e t a d o r de Problemas-
flções de Reparo.
flções de Replanejamento 7.7.3-
Simulação do Planejamento-
O b j e t i v o Clmbientta de Simulação.
Simulaçãa de C o n f l i t o s , I n t e r p r e t a ç ã o e Execução de Açães-
Processo de H o n i t o r a ç ã o.
Sincronização dos ProcessosV I 1 1
-
Conclusães e Recomendações8.1
-
Considerações F i n a i s 8.2-
C o n t r i b u i ç õ e s8.3
-
Recomendações 469 R e f e r e n c i a sBí
b l i o g r S t f i cas 474Apêndice I
-
Esquema de C l a s s i f i c q ã o do Sistema SIGT 490 Apêndice I 1-
O r g a n i z a ç ã o e E s p e c i f i c a ç ã o do Programa 494 SIGTO t r a n s p o r t e f e r r o v i á r i o tem, a t r a v é s d o s tempos, c o n t r i b u i d o p a r a o d e s e n v o l v i m e n t o econt5mico e s o c i a l d a s n a ç õ e s . O s i s t e m a f e r r o v i á r i o , q u e p o s s i b i l i t a a r e a l i z a ç ã o d e s t e t r a n s p o r t e , e e x t r e m a m e n t e c o m p l e x o c o m n p r e n d e n d o v a r i o s s u b - s i s t e m a s q u e se i n t e r a g e m com o o b j e t i v o p r i n c i p a l d e s e r v i r a o d e s l o c a m e n t o d e c a r g a s e p a s s a g e i r o s . E n t r e o s s u b - s i s t e m a s mais i m p o r t a n t e s , d e s t a c a m o s o s u b - s i s t e m a o p e r a c i o n a l
,
c o m p r e e n d e n d o os s e r v i c o s d e g e r e n c i a m e n t o e c o n t r o l e d o t r á f e g o d e t r e n s n a m a l h a f e r r o v i á r i a , A c r e s c e n t e a u t o m a t i z a ç ã o d o m e i o f e r r o v i A r i o , i n c l u í n d o o s sistemas d e s i n a l i z a ç ã o e c o n t r o l e d e t r a f e g o , e n c o r a j o u - n o s a d e s e n v o l v e r um sistema, d e n o m i n a d o Ç I G T ( sistema i n t e l i g e n t e p a r a o g e r e n c i a m e n t o d o t r b f e g o f e r r o v i á r i o1,
q u e perrni tisçe a r e a l i z a ç ã o d o g e r e n c i a m e n t o e c o n t r o l e d e t r e n s , d e f o r m a e f i c i e n t e , s o b a ó t i c a d o p l a n e j a m e n t o , v i s a n d o a a u t o m a ç ã o p a r c i a l d e s t e s e r v i ç o n a f e r r o v i a . Desta f o r m a , a p r e s e n t a m o s n e s t e t r a b a l h o , um e s t u d o t e ó r i c o q u e c u l m i n o u n o d e s e n v o l v i m e n t o d e um p r o g r a m a d e c o m p u t a d o r c a p a z d e g e r e n c i a r o t r á f e g o f e r r o v i a r i o . Nais p r e c i s a m e n t e , c o n s i d e r a m o s uma p r o p o s t a d e a u t o m a ç ã o p a r c i a l d o s e r v i ç o d e d e s p a c h o d e t r e n s e m um t r e c h o d a f e r r o v i a , c o n s t i t u í d o d e seçõeç d e l i n h a d u p l a o u s i n g e l a s o b c o n t r o l e d e t r a f e g o c e n t r a l i z a d o , p o s s i b i l i t a n d o , com o g e r e n c l a m e n t o e m tempo r e a l , uma g a n h o , e s t i m a d o em 252, e m r e l a ç ã o a c a p a c i d a d e d e t r á f e g o e x i s t e n t e . O o b j e t i v o p r i n c i p a l d e n o s s a p r o p o s t a i., como v i m o s , o t i m i i a r o s e r v i ç o d e d e s p a c h o d e t r e n s , c o n s i d e r a n d o , p a r a t a n t o , a r e s o l u ç ã o d e s u c e s s i v o s c o n f l i t o s,
d e uma forma s i s t e m á t i c a , a t e n d e n to a s c o n d i ç õ e s d e s e g u r a n ç a , e p o s s i b i l i t a n d o r a c i o c í n i o . P a r a t a n t o , c o n s i d e r a m o s o p l a n e j a m e n t o q u e p r o c u r a e f e t u a r o q e r e n c i a m e n t o i n t e l i g e n t e d e um p l a n o d e ações q u e d e t e r m i n a m a s o l u ç ã o d o s o d e s e n v o l v i ~ e n t o d e l i n h a s d e d e s e n v o l v i m e n t o d e um sistema d e c o n t r o l e o p e r a c i o n a l a t r a v é s d o d e h o r á r i o s c o n v e r t i d o e m um p l a n o f u t u r o s c o n f l i t o s ,E n t r e aç p r i n c i p a i s c a r a c t e r i s t i c a s d o sistema, podemos d e s t a c a r a s u a c o n d u t a r a c i o n a l P o b j e t i v a , v o l t a d a p a r a a s o l u ç ã o d a p r o b l e m a d e s e q u e n c i a m e n t o d e t r e n s , c a l a c a d o s o b a forma d e um p r o b l e m a d e p l a n e j a m e n t o e " s c h e d u l i n g " , p e r m i t i n d o g r a n d e f l e x i b i l i d a d e n a r e a l i r a ç â o d e um p l a n e j a a r e n t o d i n a m i r o e i n t e r a t i v o com a u t i l i z a ç ã o i n t e n s i v a d a c o n h e c i ~ e n t o d e e s p e c i a l i s t a s ,
O sistema f o i c o n s t r u i d o coe o u s o combinado d e t & c n i c a s d e I n t e l i g g n c i a A r t i f i c i a l , T e o r i a d e S i s t e m a s e Micro-Computação, t e n d o como h i p b t e s e s f u n d a m e n t a i s
a
p o s s i b i l i d a d e d e m o d e l a r m o s m a t e m a t i c a m e n t e a p r o b l e m a d e s e q u e n c i a m e n t o d e t r e n s coma um sistema d i n % m i c o b a s e a d a n a o c o r r ê n c i a d e e v e n t o s d i s c r e t o s , n a d e t e r m i n a ç ã o d e uma r e p r e s e n t a ç ã o e s p a c o - e s t a d o , q u e e x t e n d e a modelagem matemgtica, e, f i n a l m e n t e , n o d e s e n v o l v i m e n t o d e um sistema s i m b C l l i ç o a s s o c i a d o ao c u n h e c i m e n t o i n t e n s i v o , q u e formasi a b a s e p a r a a e s t r u t u r a ç ã o d e um sistema d e p l a n e j a m e n t o,
d e p e n d e n t e d o d o m l n i o , q u e p e r m i t i u a r e a l i z a ç ã o d o q e r e n c i a e e n t o dia t r a f e g o f e r r o v i á r i o ,h p r e s e n t e i m p l e m e n t a ç ã o i n c o r p o r a o embaçamen t o tedrico d e uma a r q u i t e t u r a q u e s u p o r t a o g e r e n c i a i t l e n t o i n t e l i g e n t e d e p l a n o s d e a ç B e ç , o u a tomada d e d e c i s S j e s n o c o n t r o l e o p e r a c i o n a l , i n c l u i n d o a s f u n ç õ e s b 8 s i c a s d e p l a n e j a m e n t o , r e p l a n e j a m e n t o , s i m u l a ç ã o , o t i m i z a ç ã o e m o n i t ç t r a ç ã o . Neste s e n t i d o , o p r o g r a m a d e compiitador f o i d e s e n v o l v i d o s e g u n d o
a s
t & c n i c a s a a v a n ç a d a s d e p r o j e t o , e x p l o r a n d o a s c a r a c t e r i s t i c a s n e c e s s á r i a s ao d e s e n v o l v i m e n t o d e sistemas d e p r o g r a m a ç ã o e m IR t e l i g g n c i a A r t i f i c i a l , Qiian t o a o r g a n i z a ç ã o d o t r a b a l h o , a p d s este p r i m e i r o c a p l t u 1 0 i n t r o d u t ó r i o , a p r e s e n t a m o s o s e g u n d a r a p l t i d o q u e d e s c r e v e , i n i c i a l m e n t e , a s c a r a c t e r i s t i c a s b A s i c a s d e sistemas i n t e l i q e n t e s e m o s t r a a e v r t l u ç ã a d o s sistemas d e g e r e n c i a w e n t o o b s e r v a n d o a u t i l i z a ç ã o d e t & c n i c a s d e I n t ~ l i q ê n c i a A r t i f i c i a l , Plicro-Cosrputaçãa e T e o r i a d e S i s t e m a s . Em ' s e g u i d a , f a z e m o s u m d e s c r i ç ã o g e r a l d e n o s s o sistema, q u a n t o a s u a c a n c e p ç ã o , a i - q i i i t e t u r a e c a p a c i d a d e f u n c i o n a l . Na s e q u & n c i a , j u s t i f i c a m o s a v i a b i l i d a d e e n e c e s s i d a d e d a u s a d e p l a n e j a m e n t o n o c o n t r o l e d a o p e r a ç ã o d e t r e n s e, f i n a l m e n t e , d e s t a c a m o sa i m p o r t % n c i a d o sistema a p r e s e n t a n d o a s u a a p l i c a b i l i d a d e e m d i f e r e n t e s fases d o p l a n e j a m e n t o f e r r o v i á r i o . Ftais a d i a n t e , n o c a p i t r i l o 111, d e s c r e v e r a o s os a s p e c t o s t e ó r i c o s d e urn m o d e l o v o l t a d o p a r a a g e r a ç ã o d e p l a n a s d e h o r & r i o s , q u e d e t e r m i n a m a s ações n e c e a s A r i a s ao g e r e n ciamen t o d a t r i f e g o f e r r a v i A r i o . Do p o n t o d e v i s t a rttateraAtico, d e s e n v o l v e m o s um modelo d e p r o g r a m a ç ã o m u l t i - o b j e t i v a " f u z z y " , p a r a o problema d e s e q u e n c i a m e n t o d e t r e n s , c o n t e n d o um c o n j u n t o d e restrições e s t r u t u r a i s d o p r o b l e m a d e " c t c h e d u l i n g " e um c o n j u n t o d e restrições f l e x i v e i s a s s o c i a d a s a o s o b j e t i v o s , O a l g o r i t m o p r o p o s t o p a r a a s o l u ç ã o d e s t e modelo, e b a s e a d o n a r e a l i z a ç ã o d e u e a b u s c a h e u r i s t i c n n o e s p a ç o d e e s t a d o s d o p r o b l e m a , s e g u n d o uma h e u r i sti ca a d m i s s i v e l q u e comprende um c o n j u n t o d e f u n ç õ e s d e p e r t i n & n c i a q u e a v a l i a m o n i v e l d e s a t i s f a ç S o d o s o b j e t i v o s . No c a p i t u l o I V , e m p r i m e i r o l u g a r , a b o r d a m o s a v i a b i l i d a d e d a u t i l i z a ç ã o d e sistemas b a s e a d o s e m c o n h e c i m e n t o , o u sistemas d e c o n h e c i m e n t o i n t e n s i v o , e m t a r e f a s d e p l a n e j a m e n t o e " s c h e d u l i n g " e a p r e s e n t a m o s a s p r i n c i p a i s f o r m a s d e r e p r e s e n t a ç ã o d a c o n h e c i m e n t o e s e t b d o s d e r a c i o c i n i o em I n t e l i q & n c i a A r t i f i c i a l . Em s e g u i d a
,
m o s t r a m o s o d e s e n v o l v i m e n t o d e u i sistema b a s e a d o e m c o n h e c i m e n t o F i n d e p e n d e n t e d o doirtinia, q u e coaibina a u t i l i z a ç S o d e sistemas d e p r o d u ç a o com estr~ittiras d e r e p r e s e ntaçza
d o con hecimen t o n a forma d e "frames". A i m p l e m e n t a ç ã o d e s t e sistema se b a s e i a n a f i l o s o f i a d e t i p o s a b s t r a t o d e d a d o s e n a t & c n i c a d e d e c o m p o s i ç ã o f u n c i o n a l , s e n d o p r o j e t a d o com a f i n a l i d a d e d e s u p o r t a r a r e a l i z a ç ã o d e i n f e r g n c i a s p e l o sistema d e p l a n e j amen ta, d e t e r m i n a n d o ações s a t i s a f a t ó r i a s c o m p a t i v e i s com o sistema v o l t a d o p a r a o g e r e n c i a m e n t o d o t r A f e g o d e t r e n s .Mo c a p i t u l o V, d e s c r e v e m o s o c o n h e c i m e n t o i n t e n s i v o u t i l i z a d o p e l o çistema, r e s s a l t a n d o a r e p r e s e n t a ç ã a d o c o n h e c i m e n t a d e c l a r a t i v o r e f e r e n t e a a t r i b u t o s e r e l a c i o n a m e n t o s d o s o b j e t o s e e n t i d a d e s d o sistema f e r r o v i A r i o , e o c o n h e c i m e n t o h e u v i s t i c o e i m p e r a t i v o r e f e r e n t e a s restrições e comandos q u e regem o p r o c e s s o d e c i s ó r i o r e s p o n s a v é l p e l o g e r e n c i a m e n t o d o t r a f e g o d e t r e n s . Apresentammz, taffibem, o p r o c e s s o d e d e s e n v a l v i m e n t o d e n o v a s h e t i r i ç t i c a s , a p a r t i r d a a n A l i s e d e s i t u a ç õ e s e s p e c i f i c a s d e c o n f l i t o s com o u s o d e um modelo d e s i m u l a ç ã o .
a r q u i t e t u r a s i n t e l i g e n t e s , r e s s a l t a n d o a i n t e g r a ç ã o d e sistemas b a s e a d o s e m c o n h e c i m e n t o com a s h i p ó t e s e s f u n d a m e n t a i s d a I n t e l i q ê n c i a A r t i f i c i a l , p e r m i t i n d o o u s o c o m b i n a d o d e t & c n i c a s d e b u s c a , r a c i o c i n i o e s a t i s f a ç ã o d e restrições n a s o l u ç ã o d o p r o b l e m a d e g e r a ç ã o d e p l a n o s . E s t e p r o c e s s o c o n s i s t e ? e - c s e n c i a l m e n t e , n a a t r i b u i ç ã o d e p r e f e r & n c i a a o p e r a d o r e s , d u r a n t e o p r o c e s s a d e b u s c a , r e d u z i n d o o e s p a ç o d e s o l u ç õ e s d e p r o b l e m a s , Em s e g u i d a , a b o r d a m o s a s q u e s t õ e s f u n d a m e n t a i s q u e d e l i n e a m o d e s e n v o l v i m e n t o d e sistemas i n t e l i g e n t e s , como o u s o combinado d e t e c n i c a s d e I n t e l i g & n c i a h r t i f i c i a l e P e s q u i s a O p e r a c i o n a l beia como d o p r o c e s s o u n i v e r s a l d e d e c o m p u s i ç ã o . F i n a l m e n t e , a p r e s e n t a m o s n e s t e c a p i t u l o , a b a s e teórica d e u m m o d e l o d e ç i m u l a ç ã o d i s c r e t a , que c o n s i d e r a a f i l o s o f i a d e s i m u l a ç ã o p o r p r o c e s ç o s e exame d e a t i v i d a d e s , co& o u s o d e t é c n i c a s d e I n t e l i g ê n c i a A r t i P i c l a l , c u l m i n a n d o n o d e s e n v o i v i m e n t o d e um p r o q r a s a d e s i m u l a ç ã o q u e a p r e s e n t a a l t o g r a u d e p a r a l e l l s n r o n a r e a l i z a ç ã o d e e v e n t o s . E s t e p r o g r a m a , q u e c o n s i s t e d e uma r o t i n a d o sistema SIGT, f o i d e f u n d a m e n t a l i m p o u t $ n c i a p a r a a v a l i d a ç ã o d o sistema b a s e a d o e m c o n h e c i m e n t o e d e s e n v o l v i m e n t o d e n o v a s h e u r i s t i c a s , como mencionamos a n t e r i o r m e n t e . Nn c a p i t u l o V I I a p r e s e n t a m o s o d e s e n v o l v i m e n t o teórica d e n n s s c sistema s e g u n d o a e n f n q u e d a t e o r i a d e p l a n e j a m e n t o , e n w l v e n d o q u e s t õ e s como: r e p r e s e n t a ç ã o d e p l a n o s e ações, p l a n e j a m e n t o l i n e a r . p l a n e j a m e n t o n a o - l i n e a r e h i e r b r q u i c o , e s t r a t é g i a s o u p r o c e s s o s d e d e s e n v o l v i m e n
t~
d e p l a n o s , d o m i n a n c i a e n t r e p l a n o s , p l a n e j a m e n t o e o t i m i z a ç ã o , p a v a l e l i s m o e n t r e ações, p l a n e j a m e n t o com i n c e r t e z a , p l a n e j a m e n t o t e w p o r a l , o r g a n i z a ç ã o d e sisteitlas d e p l a n e j a m e n t o , c r e d i b i l i d a d e d e p l a n o s e, p o r f i m , e x e c u ç ã o d e p l a n o s . F i n a l i z a n d o , a p r e s e n t a m o s a i m p l e m e n t a ç ã o p r e s e n t e d e n o s s o s i s t e m a q u e p e r m i t e , a t r a v & i i d a s i n t u l a ç ã o d o p l a n e j a s e n t o , eirs c o n d i ç õ e s p r 6 x i n i a s a s c o n d i ç õ e s reais d e o p e r a ç ã o , v e r i f i c a r a v i a b i l i d a d e d e urrr sistema d e m o n i t o r a ç ã o e r e p l a n e j a m e n t o q u e p e r m i t i r a a e x e c u ç ã o d o p l a n e j a r e n t o em teiitpo real. f i n a l m e n t e , n o c a p i t u l o VIII, sao a p r e s e n t a d a s a5 c o n c l u s õ e s r e s u l t a n t e s d a d e s e n v o l v i m e n t o d e n a s ç o t r a b a l h o . Hostramos, t a m b e e , o q u e n a o f o i p o s s i v e l ser f e i t o , d e t e r m i n a n d o , assim, s u g e s t õ e s p a r a o d e s e n v o l v i m e n t o d e f u t u r o s e s t u d o s n e s t a d i r e ç ã o . Meste s e n t i d o , q u e r e m o s r e s s a l t a r q u e o t r a b a l h o c a r e c e d e r e s u l t a d o s p r A t i c o s , d a d o a c u m p l e x i d a d e e d i f i c u l d a d e s q u e , c e r t a m e n t e ,acompanham uma p o s s i v e l implementação do sistema em tempo r e a l , No en t a n to, o desenvolvimento t e b r i c o apresentado j u s t i f i c a
,
desde j A , uma metodologia b á s i c a que p r o p i c i a r á a implementação f u t u r a de sistemas de gerenciamento i n t e l i g e n t e do t r a f é g o f e r r o v i á r i o em c o n d i ç õ e s r e a i s de operação.Após as r e f e r g n c i a s b i b l i o g r á f i c a s , apresentamos um apêndice que propõe uma c l a s s i f i c a ç ã o resumida de nosso sistema, destacando a s p r i n c i p a i s c a r a c t e r í s t i c a s i n c o r p o r a d a s ao mesmo, segundo a modelagem matemiitica, m&todos de s o l u ç ã o , formas de r e p r e s e n t a ç ã o do conhecimento, métodos de r a c i o c i n i o , t é c n i c a de s i m u l a ç ã o e sistema de planejamento
u t i l i z a d o s . Consideramos, também, um segundo apêndice, onde
apresentamos o s mbdulos de e s p e c i f i c a ç ã o do programa, que definem a s i n t e r f a c e s do sistema, e os diagramas de f l u x o de c o n t r o l e e n t r e mbdulos, i n c l u í ndo as f u n ç õ e s p r i n c i p a i s .
Quanto a forma da redagão, queremos c o n s i d e r a r o f a t o de u t i l i z a r m o s , ao l o n g o do t e x t o , algumas expressões e termos t é c n i c o s da l í n g u a i n g l e s a , sem a d e v i d a traduçao. T a l procedimento se j u s t i f i c a dado a i n e x i s t ê n c i a de traduç2ies consagradas em nossa l i t e r a t u r a t é c n i c a .
Como exemplo, podemos c i t a r o uso das expressões: "scheduling", com o s i g n i f i c a d o de programação ou escalonamenta de h o r A r i o s ; " f u z z y " , com o s i g n i f i c a d o de a d j e t i v o d i f u s o ou nebuloso; e, f i n a l m e n t e , "frame", com o s i g n i f i c a d o de s u b s t a n t i v o que r e p r e s e n t a a e x i s t & n c i a de uma e s t r u t u r a de represen t a ç ã o e o r g a n i z a g ã o de conhecimento.
2.1
-
----e- I n t e l i q G n c i a A r t i f i c i a l e S i s t e m a s d e S u p o r t e a D e c i s õ e s :...
O o b j e t i v o p r i n c i p a l d e s t a s e ç ã o é a p r e s e n t a r uma a b o r d a g e m c l a r a e c o n c i s a d e s i s t e m a s i n t e l i g e n t e s , bem como, e s b o s a r uma a n A l i s e d a e v o l u ç ã o d o s sistemas d e s u p o r t e a d e c i s õ e s f a c e , a i n t e g r a ç ã o d e t a i s sistemas cor t & c n i c a s d e I n t g l i g e n c i a A r t i f i c i a l .
N o s t r a m o s , também, a p o t e n c i a l i d a d e d o s s i s t e m a s i n t e l i g e n t e s p a r a o e x e r c i c i o d a s f u n ç õ e s d e g e r e n c i a m e n t o e c o n t r o l e a t r a v é s d o u s o c o m b i n a d o d e t & c n i c a s d e I n t e l i g ê n c i a A r t i f i c i a l , T e o r i a d e S i s t e m a s e M i r r o - C o m p u t a ç ã o .
-
C o n c e i t u a ç ã o---
e P r o p r i e d a d e s : P r i m e i r a m e n t e , vamos t e n t a r c a r a c t e r i z a r o s p r i n c i p a i s a t r i b u t o s d e s i s t e m a s i n t e l i g e n t e s , s e g u i n d o uma b r e v e d e s c r i ç ã o a p r e s e n t a d a p o r (A. Newell C19801). S e g u n d o N e w e l l um sistema i n t e l i g e n t e d e v e ser c a p a z d e : o p e r a r e m tempo real;.
e x p l o r a r c o n h e c i m e n t o ;-
u t i l i z a r s í m b o l o s e a b s t r a ç õ e s ; ser t o l e r á v e l a f a l h a s e i m p r e v i s t o s ;.
c o m u n i c a r - s e e m l i n g u a g e m n a t u r a l ; t e r c a p a c i d a d e d e a p r e n d i r a d a e, f i n a l m e n t e , t e r uma c o n d u t a o b j e t i v a v o l t a d a p a r a a s o l u s ã o d e p r o b l e m a s . I n d u b i t a v e l m e n t e , um sistema com a f i n a l i d a d e d e d a r a p o i o o u o r i e n t a r d e c i s õ e s r e l a t i v a s a o p l a n e j a m e n t o e s t r a t é g i c o , t á t i c o e ao c o n t r o l e o p e r a c i o n a l d e uma f e r r o v i a d e v e , n a m e d i d a d o p o s s í v e l , s u p o r t a r a s c o n d i c i o n a n t e s d e s c r i t a s p o r N e w e l l . Como v e r e m o s a d i a n t e , e x i s t e m d i f e r e n ç a s m a r c a n tes e n t r e o s s i s t e m a s mais p r i m i t i v o s e o s sistemas a t u a i s d e n o m i n a d o s i n t e l i g e n t e s .A e v o l u ç ã o e c o n s e q u e n t e m a t u r a ç ã o d e s t e s s i s t e m a s
,
v o l t a d o s a o c o n t r o l e d a g e s t ã o , o u ao g e r e n c i a m e n t o d e s i s t e m a s complexos, n ã o e s t r u t u r a d o s e i m p r e c i s o s , s u r g e d a f u n c i o n a l i d a d e e d a s i n t e r r e l a ç õ e s com o meio e x t e r n o n o q u a l o s mesmos se i n s e r e m .D e n t r o d e s t e p o n t o d e v i s t a , podemos c o n s i d e r a r os s i s t e m a s d e i n f o r m a ç ã o p a r a g e r e n c i a m e n t o , como s i s t e m a s p r i m i t i v o s com f i n a l i d a d e q u a s e e x c l u s i v a d e p r o v e r i n f o r m a ç õ e s a o t o m a d o r d e d e c i s õ e s
,
n ã o s e n d o , p o r t a n t o , c a p a z e s d e p o s s u i r e m uma c o n d u t a o b j e t i v a , v o l t a d a p a r a a s o l u ç ã o d e p r o b l e m a s.
E n t r e t a n t o , se c o n s i d e r a r m o s um sistema q u e , e f e t i v a m e n t e , s u p o r t e o g e r e n c i a m e n t o d e t r e n s , teremos q u e o b s e r v a r a l g u n s a s p e c t o s r e l a t i v o s a f u n c i o n a l i d a d e e a s u a i n t e r r e l a ç ã o com o sistema f e r r o v i A r i o , p r i n c i p a l m e n t e , n o q u e t a n g e a o p e r a ç ã o d e t r e n s .E
n o s s a p r o p o s t a , o f e r e c e r um s i s t e m a q u e p e r m i t a s u p o r t a r a s f u n ç õ e s b A s i c a s d e p l a n e j a m e n t o , moni t o r a ç ã o e r e p l a n e j a m e n t o d o t r A f e g o f e r r o v i A r i o , o b j e t i v a n d o , p r i n c i p a l m e n t e , a o t i m i z a ç ã o e a u t o m a ç ã o p a r c i a l d o s e r v i ç o d e d e s p a c h o d e t r e n s . I n f e l i z m e n t e , n o q u e d i z r e s p e i t o a o s a t r i b u t o s d e s i s t e m a s i n t e l i g e n t e s , n ã o abordamos, com p r o f u n d i d a d e , a s q u e s t i - i e s r e l a t i v a s a c a p a c i d a d e d e a p r e n d i z a d o a u t o m á t i c o e o d e s e n v o l v i m e n t o d e uma i n t e r f a c e e m l i n g u a g e m n a t u r a l . E n t r e t a n t o , o s i s t e m a a p r e s e n t a d o c a r a c t e r i z a - s e p o r uma c o n d u t a o b j e t i v a e r a c i o n a l p o s s u i n d o g r a n d e f l e x i b i l i d a d e , e x p l o r a v a s t a q u a n t i d a d e d e c o n h e c i m e n t o n a tarefa d e s o l u s ã o d e p r o b l e m a s e c o n s t i t u i um sistema f i s i c o s i m b b l i c o , i n c o r p o r a n d o d e s t a f o r m a os p r i n c i p a i s a t r i b u t o s n e c e s s b r i o s a tomada d e d e c i s õ e s i n t e l i g e n t e s , s e g u n d o Raj Reddy C19883. A. N e w e l l e H, Simon C19763, n o t r a b a l h o v e n c e d o r d o pr&mio T u r i n g d e 1975, promovido p e l a A s s o c i a t i o n of Compunting H a c h i n e r y,
d e f i n e m uma l e i d e n a t u r e z a q u a l i t a t i v a p a r a sistemas s i m b b l i c o s , m a i s c o n h e c i d a como h i p b t e s e s d o s i s t e m a f i s i c o s i m b b l i c o , s e g u n d o a q u a l estes s i s t e m a s t e m c o n d i ç ã o n e c e s s á r i a e s u f i c i e n t e p a r a a tomada d e d e c i s õ e s i n t e l i g e n t e s . Segundo N e w e l l e Símon,
s i s t e m a s s i m b ó l i c o s s ã o c o l e ç õ e s d e p a d r õ e s e p r o c e s s a s , n o s q u a i ç o s p r o c e s s o s são c a p a z e s d e p r o d u z i r , d e s t r u i r ou m o d i f i c a r os p a d r õ e s . A p r o p r i e d a d e mais i m p o r t a n t e d o s p a d r õ e s e q u e eles podem d e s i g n a r o b j e t o s , p r o c e s s o s o u o u t r o s p a d r õ e s eq u a n d o d e s i g n a m p r o c e s s o s , podem ser i n t e r p r e t a d o s e, c o n s e q u e n t e m e n t e , d a d o algum p a d r ã o , podemos i n v o c a r o p r o c e s s o q u e o mesmo d e s i g n a .
O a d j e t i v o f í s i c o p a r a o s sistemas s i m b ó l i c o s d e n o t a , c l a r a m e n t e , q u e t a i s sistemas obedecem a s leis d a f i s i c a e n ã o se r e s t r i g e m , a p e n a s , a sistemas s i m b d l i c o s humanos. Um sistema f i s i c o s i m b ó l i c o tem a c a p a c i d a d e d e s o l u c i o n a r p r o b l e m a s , o q u e r e p r e s e n t a uma i n d i c a ç ã o p r i m á r i a d e i n te1 i g h c i a , g e r a n d o e p r o g r e s s i v a m e n t e modãf ã c a n d o e s t r u t u r a s s i m b ó l i c a s
ate p r o d u z i r uma e s t r u t u r a s o l u ç ã o .
O p r o c e s s o d e g e r a ç ã o e m o d i f i c a ç ã o d e e s t r u t u r a s e c a r a c t e r i z a d o como uma b u s c a i n t e l i g e n t e q u e e m p r e g a o c o n h e c i m e n t o a r e s p e i t o d o d o n i n i o d o p r o b l e m a,
e B c o n h e c i d o como a h i p ó t e s e d e b u s c a h e u r í s t i c a . No p l a n e j a m e n t o d o t r á f e g o f e r r o v i A r i o , este d o m i n i o p o d e ser d e s c r i t o com t o d a s a s p o s s i v e i s a l t e r n a t i v a s v i á v e i s d e o p e r a ç ã o o u d e s p a c h o d e t r e n s e s e u c o n h e c i m e n t o afim, e n v o l v e n d o restriçZíes d e movimento, rota d e t r e n s , e s t r a t é g i a s d e o p e r a ç ã o , " l a y - o u t " d a m a l h a f e r r o v i b r i a , r e g r a s d e s i n a l i z a ç ã o,
etc. 2.1.2-
H i e r a r q u i a d o s---
------------Sistemas ---a-------d e G e r e n c i a m e n t o : -----------
"flanagement I n f o r m a t i o n S y s t e m s "---
(PiIS): O s sistemas d e i n f o r m a ç ã o ao g e r e n c i a m e n t o ( H I S ) o f e r e c e m ao t o m a d o r d e d e c i s õ e s um c o n j u n t o d e i n f o r m a ç õ e s n e c e s s A r i a s a r e a l i z a ç ã o d o p l a n e j a m e n t o e s t r a t é g i c o , t á t i c o e o p e r a c i o n a l p r e t e n d i d o . E s t e s sistemas são, f u n d a m e n t a l m e n t e , e m b a s a d o s n a teoria d e b a n c o d e d a d o s e d e sistemas d e i n f o r m a ç ã o,
o f e r e c e n d o a p o s s i b i l i d a d e d e c o n s u l t a e a t u a l i z a ç ã o "on l i n e " d a s i n f o r m a ç õ e s e s t r u t u r a d a s e m uma t o p o l o q i a e a b o r d a g e m c l á s s i c a d e b a n c o d e d a d o s(C.4.
Date C19861). E d e g r a n d e i m p o r t a n c i a o p r o j e t o d a i n t e r f a c e d e s t e s sistemas, q u e e s p e c i f i c a a s f a c i l i d a d e s d e c o m u n i c a ç ã o e acesso e x i s t e n t e s n a i n t e r r e l a ç ã o com o u s u A r i o . A t u a l m e n t e , é p o s s i v e l a u t i l i z a ç ã o d e uma l i n g u a g e m d e m a n i p u l a ç ã o d e d a d o s mais a p r o p r i a d a , p o s s u i n d o um d i c i o n á r i o e s p e c i f i c o q u e f a c i l i t a a i n t e r a ç ã o p o r meio d e p e r g u n t a s a p r o x i m a n d o - s e d a i n t e r f a c e e m l i n g u a g e m n a t u r a l .n a t e o r i a d e b a n c o d e d a d o s , e s t a n a n e c e s s i d a d e d e r a p i d e z d a s o p e r a ç B e s d e a t u a l i z a ç â l o e c o n s u l t a s
,
q u e devem ser c o m p a t í v e i s com a a p l i c a ç ã o afim. E s t a s o p e r a ç õ e s F são b a s i c a m e n t e o p e r a ç ' b e s d e m a n i p u l a ç ã o d e a r q u i v o s a p o i a d a s e m t g c n i c a s d e e s t r u t u r a s d e d a d o s e a l g o r i t m o s c o n v e n c i o n a i s . Neste s e n t i d o , tem-se a p r e s e n t a d o n o v a s a b o r d a g e n s n a t o r i a d e b a n c o d e d a d o s , i n c l u i n d o o d e s e n v o l v i m e n t o d o m o d e l o e n t i d a d e - r e l a c i o n a m e n t o (P. Pin-Shan Chen C19761 1, d e sistemas d e b a n c o d e d a d o s o r i e n t a d o s p a r a o b j e t o s ( R. King C198611,
i n t e g r a ç ã o d e b a s e s d e c o n h e c i m e n t o e b a n c o d e d a d o s ( Ye-Sho Chen C19881 ) e o e m p r e g o d e t & c n i c a s d e I n t e l i g & n c i a A r t i f i c i a l ( G.P. Z a r r i C19861 ).
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" D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m s " (DSS):O s sistemas d e s u p o r t e a d e c i s ã o (DÇS)
