CBTC区域控制器切换场景的建模与验证

作     者：孙维正 旷文珍 SUN Weizheng;KUANG Wenzhen

作者机构：兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070 甘肃省工业交通自动化工程技术研究中心甘肃兰州730070 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2022年第19卷第4期

页      面：1081-1091页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0811[工学-控制科学与工程] 0701[理学-数学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：甘肃省科技计划项目(20JR5RA407 20CX9JA125) 

主　　题：列控系统 区域控制器 UML 有色Petri网 

摘      要：区域控制器(Zone Controller,ZC)通过与联锁系统(Computer Interlocking,CI)、车载控制器(Vehicle On Board Controller,VOBC)和列车自动监督系统(Automatic Train Supervision,ATS)等其他子系统信息交互来为列车计算移动授权,是基于通信的列车运行控制系统(Communication Based Train Control,CBTC)重要的地面安全设备。研究区域控制器的功能需求,构建满足边界切换实时性、安全性特点的模型有助于保证列车在线路上高效、安全的运行。在现有建模方式的基础上,采用统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)和层次时间有色Petri网(Hierarchical Timed Colored Petri Net,HTCPN)相结合的方法对ZC边界切换场景下的区域控制器和车载子系统之间的信息交互过程进行分析。从车载VOBC状态变化的角度构建用于验证切换场景安全性的UML模型和HTCPN模型,并以CPN Tools作为仿真平台对其进行验证。根据CPN Tools状态空间报告可知,转换后HTCPN模型的各种动态属性正常且模型不存在死锁和活锁。仿真结果表明:采用UML向HTCPN转换的方法构建的模型既能清晰描述整个ZC切换的过程,又保证了模型在数学上的严谨性。转换后的HTCPN模型符合ZC切换功能的需求,证明了该集成建模方法的可行性,为CBTC系统其他功能或场景的建模与验证提供了思路。