基于EFTPN不確定時(shí)間知識的分析處理及其在鐵路中的應(yīng)用.pdf

1、時(shí)間作為宇宙間所有事物的重要屬性，各式各樣與時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)或信息一直貫穿各種系統(tǒng)的發(fā)展全過程。上世紀(jì)70年代，在數(shù)據(jù)庫、知識庫、人工智能、軟件工程、知識工程等領(lǐng)域，已經(jīng)開始了關(guān)于時(shí)間知識(temporalknowledge)的研究。在鐵路運(yùn)輸、醫(yī)學(xué)診斷、工礦機(jī)器控制等實(shí)際系統(tǒng)中，由于隨機(jī)性、模糊性、多義性等原因，時(shí)間信息或?qū)傩酝鶗a(chǎn)生不確定性。如何恰當(dāng)?shù)貙@類不確定性時(shí)間知識進(jìn)行分析處理(如表達(dá)、推理和驗(yàn)證等)是非常重要的，不但能夠?yàn)?/p>

2、涉及安全性、活躍度和預(yù)定時(shí)間等問題的解決提供強(qiáng)有力、可擴(kuò)展的描述和證明技術(shù)，而且可用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、模擬應(yīng)用、自然語言理解、專家系統(tǒng)、人工智能應(yīng)用等系統(tǒng)中的時(shí)間表達(dá)推理，同時(shí)還是研究多媒體通信同步和工作流等應(yīng)用中時(shí)序關(guān)系的關(guān)鍵理論。 由于Petri網(wǎng)可描述時(shí)間的順序或并發(fā)等性質(zhì)，且具有多種有效的推理分析方法，基于Petri網(wǎng)進(jìn)行時(shí)間知識的分析處理在近幾年引起了學(xué)者們的很大興趣。但在處理不確定性時(shí)間知識方面，已有的研究工作

3、仍存在不足，例如：缺乏相應(yīng)的不確定時(shí)序邏輯進(jìn)行支持；針對龐大復(fù)雜系統(tǒng)，缺乏較好的建模、分析以及仿真方法；有些推理驗(yàn)證算法具有局限性，應(yīng)用范圍較窄，或效率不高；與其它理論或技術(shù)的結(jié)合交叉方面(例如UML、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和工作流等)，研究工作明顯不足。 鐵路是一個(gè)龐大復(fù)雜的巨系統(tǒng)，包含多方面因素，各個(gè)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，有許多領(lǐng)域涉及到不確定性時(shí)間知識的分析處理，例如：列車群行為分析和行車安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)整合。它們涉及的問題復(fù)雜程度高，時(shí)效性強(qiáng)

4、，存在時(shí)間信息的隨機(jī)性和不確定性；且是項(xiàng)目“高速鐵路綜合調(diào)度仿真系統(tǒng)”和“鐵路行車安全監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)”的重要研究內(nèi)容。因此，本文結(jié)合這兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行不確定性時(shí)間知識分析處理的研究，具有很強(qiáng)的代表性和實(shí)用性。 本文針對國內(nèi)外在不確定性時(shí)間知識分析處理方面現(xiàn)有研究工作的不足，結(jié)合列車群行為分析和行車安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)整合中所存在的具體問題，主要基于一類Petri網(wǎng)—擴(kuò)展模糊時(shí)間Petri 網(wǎng)(Extended Fuzzy Timing

5、Petri Net—EFTPN)，輔助結(jié)合線性邏輯、時(shí)序邏輯、可能性理論、工作流以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論，進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)建模過程中存在的不確定性時(shí)間表達(dá)、推理和驗(yàn)證等方面問題等研究，主要創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)在EFTPN時(shí)間知識表示方面，首先從梯形模糊時(shí)間函數(shù)的形式化定義提出一種新的不確定時(shí)序邏輯(Uncertain Interval Temporal Logic-UITL)，然后，分析EFTPN的各種運(yùn)算，提出了基于EFTPN的UITL

6、時(shí)序關(guān)系的建模方法。 (2)在EFTPN時(shí)間知識推理方面，首先提出一種基于生成圖的不確定時(shí)間知識表達(dá)和推理算法；又結(jié)合線性邏輯，提出另外一種不確定性時(shí)間知識的線性推理算法。同時(shí)，針對列車群建模分析的實(shí)例，說明了兩種算法的應(yīng)用過程；并采用CPN Tools進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證它們的正確性。 (3)針對EFTPN進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)間知識表達(dá)推理時(shí)所表現(xiàn)出來的不足：模型對系統(tǒng)具有高度依賴性，由于狀態(tài)空間爆炸帶來分析的高復(fù)雜性等缺點(diǎn)，

7、本文提出了層次擴(kuò)展模糊時(shí)間Petri網(wǎng)(Hierarchical Extended Fuzzy TimingPetri Net—HEFTPN)，并給出相應(yīng)的建模和仿真方法，并結(jié)合列車群建模分析的實(shí)例，詳細(xì)說明了應(yīng)用過程。 (4)在EFTPN 和其它理論或技術(shù)結(jié)合方面，首先結(jié)合 EFTPN 和工作流，將 EFTPN 不確定時(shí)間表達(dá)計(jì)算能力用于工作流模型分析中，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)間性能的精確定量計(jì)算；將 EFTPN 和 UML 結(jié)合