大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的鐵路信息物理融合系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法.pdf

1、2015年中國高速鐵路運(yùn)營里程超過1.8萬公里，動(dòng)車列數(shù)已經(jīng)超過總列車數(shù)的一半，速度和安全是高速列車的核心。隨著物聯(lián)網(wǎng)和傳感器在高速鐵路運(yùn)行中的大量應(yīng)用（采集列車、軌道的狀態(tài)信息和運(yùn)行線路信息），鐵路信號系統(tǒng)每天都產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。海量的數(shù)據(jù)當(dāng)中隱藏著數(shù)據(jù)的潛在的價(jià)值，為鐵路智能化（智能列車、智能調(diào)度等）帶來了新的機(jī)遇。但是，海量的傳感器和隨之產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)也為鐵路帶來新的挑戰(zhàn):數(shù)據(jù)異構(gòu)多源、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息共享和大數(shù)據(jù)處理。
　　

2、信息物理融合系統(tǒng)是一個(gè)集物理系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和控制邏輯的深度融合的復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)的環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)控制與信息服務(wù)，具備實(shí)時(shí)、安全可靠性、異構(gòu)的特點(diǎn)。鐵路信息物理融合系統(tǒng)的復(fù)雜和大型性，使得系統(tǒng)中存在很多動(dòng)態(tài)的、不確定的因素，通過對鐵路信息物理融合系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和建模以更好的了解物理世界和計(jì)算機(jī)世界的交互行為、安全可靠性、實(shí)時(shí)性。
　　本文結(jié)合大數(shù)據(jù)和信息物理融合系統(tǒng)，重點(diǎn)研究鐵路信號系統(tǒng)大數(shù)據(jù)和系統(tǒng)建模。首先分析鐵

3、路的大數(shù)據(jù)特性;分析大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的鐵路的智能化需求體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，明確研究對象。在鐵路大數(shù)據(jù)環(huán)境的分析基礎(chǔ)上，提出了基于云計(jì)算的CPS的體系結(jié)構(gòu)，并分析了體系結(jié)構(gòu)的服務(wù)劃分和層次組合?；谠朴?jì)算的鐵路信息共享平臺(tái)解決傳統(tǒng)鐵路數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)、海量存儲(chǔ)、信息共享的問題。鐵路大數(shù)據(jù)還需要實(shí)時(shí)處理和決策才能保證高速列車的運(yùn)行安全，因此本文以列車定位數(shù)據(jù)為例提出基于Storm的鐵路大數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)處理方法。大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的鐵路信息物理融合

4、系統(tǒng)除了“信息”的問題之外，還需要處理“物理”問題。本文提出結(jié)合Simulink和AADL兩種模型驅(qū)動(dòng)的大型信息物理融合系統(tǒng)的建模方法。通過將Simulink映射到AADL，充分利用二者各自的建模優(yōu)勢。本文使用Simulink對列車運(yùn)行控制系統(tǒng)最重要的移動(dòng)授權(quán)場景進(jìn)行了混成行為建模;通過擴(kuò)展AADL的混成行為建模能力，彌補(bǔ)了Simulink單純仿真缺乏的形式化驗(yàn)證的不足。最后以列車運(yùn)行控制的ATP系統(tǒng)為例，詳細(xì)建模了ATP系統(tǒng)的硬件、軟