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原文传递基于SysML和CPN的列控联锁一体化研究

论文题名：	基于SysML和CPN的列控联锁一体化研究
关键词：	列控中心;计算机联锁;列控联锁一体化系统;有色Petri网;高速铁路
摘要：	目前在我国的高铁信号领域中，由列控中心(TrainControlCenter,TCC)和计算机联锁(ComputerBasedInterlocking,CBI)分别实现对区间和车站信号的自动控制。但随着高速铁路信号技术的不断成熟，TCC和CBI分离配置的方式也逐渐呈现出接口故障点多、模块不通用、通信实时性差等诸多弊端。列控联锁一体化系统(TrainControlCenterandInterlockingIntegratedSystem,TIS)将TCC和CBI集成为一个系统，有效避免了分离配置所产生的弊端，并实现TCC和CBI的全部功能，是我国高铁信号系统的发展方向。　　列控联锁一体化系统仍处于试验阶段，技术仍不成熟。系统需求工程是列控联锁一体化系统设计开发的起点和基础，对系统的需求规范进行建模分析是提高规范质量、降低系统开发风险和成本的有效手段。由于列控联锁一体化系统的设计开发基于自然语言的需求规范，不可避免地存在某些漏洞或语义表意不清的情况，为系统的设计与开发带来了不利影响。因此使用形式化方法对列控联锁一体化系统的设计进行建模指导具有重要意义。　　论文以列控联锁一体化系统为研究对象，采用基于模型的系统工程(ModelBasedSystemsEngineering,MBSE)设计方法,使用系统建模语言(SystemsModelingLanguage,SysML)对列控联锁一体化系统进行建模，并依据SysML模型与有色Petri网(ColoredPetriNets,CPN)之间的转换规则将SysML活动图模型转化为CPN模型并进行仿真验证，对列控联锁一体化系统的模型设计方法进行了研究。论文主要完成了以下内容：　　(1)基于SysML提出列控联锁一体化系统需求、结构、功能模型的设计路线和框架，将列控联锁一体化模型的设计过程分为了需求分析、静态结构设计、动态功能设计和模型验证四个阶段。　　(2)根据列控联锁一体化系统的需求规范和相关铁路信号系统的技术规范，在模型设计的需求分析阶段，使用SysML需求图和用例图对列控联锁一体化系统的功能、结构及安全需求进行描述，建立了列控联锁一体化系统的需求总图和用例总图，并用来指导后续静态结构设计和动态功能设计阶段的模型设计工作。　　(3)为了对列控联锁一体化系统的静态结构进行设计，使用模块定义图(BlockDefinitionDiagram,BDD)和内部模块图(InternalBlockDiagram,IBD)对系统的逻辑结构和物理接口进行了描述，建立了列控联锁一体化系统的组合结构图、外部接口图和内部结构图。　　(4)为了对列控联锁一体化系统的动态功能进行设计，根据列控联锁一体化系统的优势和特点，对系统参与的运行方向控制场景、侧线接车进路办理场景、临时限速及信号降级处理场景、占用逻辑检查场景进行了需求分析并建立了SysML需求图。之后根据场景中列控联锁一体化系统的工作流程，使用SysML活动图对运行方向初始化、运行方向切换、侧线接车进路办理、临时限速设置、信号降级处理、占用检查和出清检查场景分别进行了建模，完成了列控联锁一体化动态功能的设计。　　(5)针对SysML语言描述能力强但对动态功能模型缺少一定验证能力的特点，论文依据SysML模型与CPN模型间的转换规则，将列控联锁一体化系统的活动图模型转换为CPN模型。之后使用CPNTools工具对CPN模型模型的逻辑性、正确性进行了仿真验证，并分析了模型对需求分析阶段中各项需求的覆盖情况。
作者：	赵庭达
专业：	交通运输工程
导师：	武晓春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022