基于活動(dòng)圖和HTCPN的列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換建模分析

周 游 何 濤

1(蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 甘肅 蘭州 730070)

2(甘肅工業(yè)交通自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心 甘肅 蘭州 730070)

0 引 言

隨著近幾年我國(guó)高速鐵路的迅速發(fā)展并逐漸走向世界，高鐵的安全性、實(shí)時(shí)性和運(yùn)行效率也變得尤為重要[1-2]。CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)中C2級(jí)向C3級(jí)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換作為高速鐵路最常見的場(chǎng)景，在保證其安全的前提下，提高運(yùn)行效率、減少等級(jí)轉(zhuǎn)換時(shí)間對(duì)進(jìn)一步研究高速鐵路系統(tǒng)有重要價(jià)值。

國(guó)內(nèi)相較于國(guó)外對(duì)列控系統(tǒng)的研究起步較晚，近年來隨著高鐵的發(fā)展，對(duì)列控系統(tǒng)建模的深入研究也逐漸取得了一些成果。文獻(xiàn)[3]運(yùn)用混合時(shí)間自動(dòng)機(jī)和隨機(jī)Petri網(wǎng)等方法對(duì)中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)進(jìn)行功能安全分析及建模，隨機(jī)Petri網(wǎng)雖然對(duì)系統(tǒng)的描述能力很強(qiáng)，但是當(dāng)遇見層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)容易出現(xiàn)狀態(tài)空間爆炸問題[4]。文獻(xiàn)[5-6]利用統(tǒng)一建模的半形式化方法(UML)對(duì)列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換場(chǎng)景進(jìn)行建模分析，UML的建模通過圖形和符號(hào)描述提供了較為明確的邏輯過程，但是UML缺乏具體的數(shù)學(xué)表達(dá)方式[7]，不能具體地表達(dá)等級(jí)轉(zhuǎn)換過程中的信息流。文獻(xiàn)[8]采用UML擴(kuò)展機(jī)制構(gòu)建了列控等級(jí)轉(zhuǎn)換場(chǎng)景的Hybrid UML模型，研究了等級(jí)轉(zhuǎn)換功能需求不能滿足時(shí)功能模塊失效情況。文獻(xiàn)[9-10]研究UML模型向?qū)ο驪etri網(wǎng)的半自動(dòng)的轉(zhuǎn)換方法能夠較好地對(duì)復(fù)雜原模型進(jìn)行描述，但轉(zhuǎn)換規(guī)則復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)模型之間轉(zhuǎn)換。文獻(xiàn)[11]利用了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆蠢煞椒ǎ摲椒ㄟm用于離散系統(tǒng)而不適合于列控系統(tǒng)同時(shí)具備連續(xù)成分與離散成分的混成性系統(tǒng)。綜上，國(guó)內(nèi)外大多學(xué)者關(guān)于列控系統(tǒng)等級(jí)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換都傾向于UML或Petri建模，大多數(shù)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換過程都是簡(jiǎn)單的模塊化建模，忽略了速度、時(shí)間等變量參數(shù)變化對(duì)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換的影響。而且大多數(shù)對(duì)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換的UML和有色Petri網(wǎng)建模方法沒有考慮列控系統(tǒng)的混成性，只是將其活動(dòng)抽象成離散的狀態(tài)靜態(tài)轉(zhuǎn)移過程進(jìn)行分析而忽略了列車在運(yùn)行過程中的動(dòng)態(tài)演化。

列控系統(tǒng)具有顯著的混成性特征，包含速度、位置等連續(xù)變量的動(dòng)態(tài)變量，RBC、GSM-R與設(shè)備交互的離散信息演化過程。因此，本文提出UML活動(dòng)圖的擴(kuò)展機(jī)制對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)屬性進(jìn)行離散信息參數(shù)擴(kuò)展，用來刻畫轉(zhuǎn)換場(chǎng)景中連續(xù)物理量的參數(shù)變化過程和動(dòng)態(tài)演化的約束條件，并結(jié)合HTCPN對(duì)行車速度和消息重發(fā)間隔進(jìn)行分析。

1 列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換場(chǎng)景分析

1.1 列車系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換

在C2級(jí)向C3級(jí)列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換場(chǎng)景中，列車在轉(zhuǎn)換成C3級(jí)模式前需要車載設(shè)備與GMS-R網(wǎng)絡(luò)、RBC建立連接并且注冊(cè)，當(dāng)列車與RBC建立通信后將不會(huì)再接收C2級(jí)模式下的控車信息，列車運(yùn)行過程中車載設(shè)備、應(yīng)答器組、無線閉塞中心(RBC)不斷地交互實(shí)時(shí)信息來保證列車運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和安全性。等級(jí)轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)答器分布如圖1所示。

圖1 等級(jí)轉(zhuǎn)換場(chǎng)景應(yīng)答器組分布

如果在C2/C3級(jí)轉(zhuǎn)換邊界應(yīng)答器組(LTO)處不滿足等級(jí)轉(zhuǎn)換條件，則列車將繼續(xù)保持C2級(jí)模式行車，同時(shí)，列控系統(tǒng)會(huì)一直檢測(cè)列車是否滿足C3級(jí)模式行車的條件，一旦滿足條件時(shí)，列車將會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成C3級(jí)模式行車。相關(guān)應(yīng)答器組的具體含義如表1所示。

表1 應(yīng)答器組具體含義

1.2 C2級(jí)向C3級(jí)轉(zhuǎn)換過程分析

列車在CTCS-2級(jí)區(qū)域行駛將至GRE應(yīng)答器組時(shí)，車載設(shè)備中的無線電臺(tái)檢測(cè)GSM-R網(wǎng)絡(luò)，為滿足等級(jí)轉(zhuǎn)換要求，由GSM-R網(wǎng)絡(luò)連接注冊(cè)信息應(yīng)答器組(GRE)向列車發(fā)送命令信息(MSG45)，需要在40 s內(nèi)建立可靠連接并且注冊(cè)[12]。車載設(shè)備完成與GSM-R網(wǎng)絡(luò)的可靠連接，在轉(zhuǎn)換區(qū)入口連接應(yīng)答器組(RE)處向車載設(shè)備發(fā)送與RBC建立通信會(huì)話命令信息(ETCS信息包42)。車載設(shè)備呼叫RBC成功后，列車前端越過在至轉(zhuǎn)換點(diǎn)唯一進(jìn)路入口處設(shè)置的轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組(LTA)時(shí)，RBC向車載設(shè)備發(fā)送越過轉(zhuǎn)換邊界的行車許可和等級(jí)轉(zhuǎn)換命令(MSG41)。列車前端經(jīng)過C2/C3級(jí)邊界時(shí)，轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組(LTO)向車載設(shè)備發(fā)送等級(jí)轉(zhuǎn)換命令(MSG46)。C2級(jí)向C3級(jí)轉(zhuǎn)換的過程中，車載設(shè)備、GSM-R網(wǎng)絡(luò)、RBC數(shù)據(jù)的交互信息如圖2所示。

圖2 C2級(jí)向C3級(jí)轉(zhuǎn)換過程中信息交互

2 C2向C3等級(jí)轉(zhuǎn)換的UML模型

2.1 等級(jí)轉(zhuǎn)換的UML活動(dòng)圖

UML活動(dòng)圖模型強(qiáng)調(diào)從活動(dòng)到活動(dòng)的控制流，同時(shí)也能表示對(duì)象的值流和控制流，對(duì)象流狀態(tài)表示活動(dòng)中輸入或輸出的對(duì)象[13]。

車載設(shè)備根據(jù)接收RBC發(fā)送的消息并做出相應(yīng)的反應(yīng)，從而使車載的狀態(tài)發(fā)生改變，采用活動(dòng)圖來描述C2向C3級(jí)等級(jí)轉(zhuǎn)換的活動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。等級(jí)轉(zhuǎn)換活動(dòng)圖如圖3所示，在車載設(shè)備向GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求時(shí)，注冊(cè)時(shí)間是30 s時(shí)成功率為95%，35 s時(shí)成功率為99%，當(dāng)注冊(cè)時(shí)間大于40 s時(shí)被認(rèn)定注冊(cè)失敗。車載設(shè)備從開始呼叫直至與RBC建立連接，此過程消耗的時(shí)間小于8.5 s時(shí)成功率為95%，10 s時(shí)成功率為100%，當(dāng)消耗時(shí)間大于10 s是認(rèn)定連接失敗，車載將繼續(xù)保持C2模式運(yùn)行。

圖3 C2級(jí)向C3級(jí)轉(zhuǎn)換UML活動(dòng)圖

2.2 UML活動(dòng)圖擴(kuò)展中間模型

通過向UML活動(dòng)圖構(gòu)造型中加入與列控系統(tǒng)相關(guān)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)元素屬性對(duì)UML中的元類元素進(jìn)行注釋和擴(kuò)展，可以補(bǔ)充缺少的性能參數(shù)以便更好地描述等級(jí)轉(zhuǎn)換過程中連續(xù)動(dòng)態(tài)行為。通過分析C2到C3的過程，軌旁應(yīng)答器會(huì)在列車經(jīng)過的瞬間進(jìn)行信息的交換，而列車運(yùn)行時(shí)不變集合為inv={v≥0}，流條件集合為flow={x′=v∧v′=a},如圖4所示，通過對(duì)列車場(chǎng)景轉(zhuǎn)換過程中行駛(Running)、常規(guī)制動(dòng)(Braking)、緊急制動(dòng)(Emgbraking)三個(gè)控制列車狀態(tài)變量進(jìn)行參數(shù)的擴(kuò)展來刻畫轉(zhuǎn)換過程中物理量的變化和約束條件。各變量的含義如表2所示。

圖4 C2到C3轉(zhuǎn)換過程中動(dòng)態(tài)變量

表2 各變量的含義

續(xù)表2

定義通過UML活動(dòng)圖擴(kuò)展后提取節(jié)點(diǎn)到CPN模型元素的轉(zhuǎn)換規(guī)則，將擴(kuò)展后的每個(gè)節(jié)點(diǎn)類型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的CPN模型單元。根據(jù)UML活動(dòng)圖中等級(jí)轉(zhuǎn)換過程狀態(tài)之間的遷移關(guān)系,把轉(zhuǎn)換后的CPN單元連接起來組建成相應(yīng)的變遷關(guān)系，就可以得到含有連續(xù)物理量的參數(shù)和動(dòng)態(tài)演化的約束條件的CPN模型。

擴(kuò)展后的UML活動(dòng)圖轉(zhuǎn)換成以XML文件表示的樹形結(jié)構(gòu)過渡中間層[14]，通過圖5的遍歷算法提取XML的過渡中間層中不同屬性的節(jié)點(diǎn)：

(1) 加載XML源文件獲取根節(jié)點(diǎn)，并遍歷根節(jié)點(diǎn)下的所有子節(jié)點(diǎn)。

(2) 查找XML文件中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，輸出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的信息并保存到list列表中。

(3) 調(diào)用SQLHelper類中的方法將list中的數(shù)據(jù)逐條寫入到數(shù)據(jù)庫中并提取出來。

通過以上方法對(duì)XML文件的提取可將活動(dòng)圖轉(zhuǎn)換成以下節(jié)點(diǎn)，開始節(jié)點(diǎn)Arrival,與GSM-R連接活動(dòng)節(jié)點(diǎn)Resource,與RBC連接活動(dòng)節(jié)點(diǎn)Resource,數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)Simple,轉(zhuǎn)換到C3活動(dòng)節(jié)點(diǎn)Simple,選擇節(jié)點(diǎn)Opt。節(jié)點(diǎn)遍歷算法如圖5所示。

圖5 節(jié)點(diǎn)遍歷算法

2.3 UML活動(dòng)節(jié)點(diǎn)到CPN的轉(zhuǎn)換

通過節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Petri轉(zhuǎn)換規(guī)則如表3所示，將UML活動(dòng)圖轉(zhuǎn)換成有色Petri網(wǎng)。

表3 節(jié)點(diǎn)到CPN轉(zhuǎn)換規(guī)則

(1) Simple節(jié)點(diǎn)的映射。Simple節(jié)點(diǎn)可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)變遷，由于Petri網(wǎng)的語法規(guī)則要求庫所和變遷交替出現(xiàn)，Simple節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)模型為一個(gè)庫所、一個(gè)變遷，以及庫所指向變遷的弧。Simple節(jié)點(diǎn)里Function按其函數(shù)值決定，如果是null，轉(zhuǎn)換后變遷的守護(hù)函數(shù)為默認(rèn)true。轉(zhuǎn)換規(guī)則如圖6所示。

圖6 簡(jiǎn)單節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換規(guī)則

(2) Arrival節(jié)點(diǎn)的映射。Arrival節(jié)點(diǎn)代表具有特定功能的CPN模型，大部分功能性節(jié)點(diǎn)屬于CPN模型的反向轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換規(guī)則如圖7所示。

圖7 功能節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換規(guī)則

(3) Resource節(jié)點(diǎn)的映射。Resource資源訪問類節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CPN模型用一個(gè)替代變遷和一個(gè)子網(wǎng)來表示，name屬性值對(duì)應(yīng)CPN子頁名稱。轉(zhuǎn)換規(guī)則如圖8所示。

圖8 資源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換規(guī)則

(4) Opt節(jié)點(diǎn)的映射。著色Petri網(wǎng)通過transition的守護(hù)函數(shù)或arc的描述函數(shù)選擇執(zhí)行路徑完成判斷分支結(jié)構(gòu)的映射。轉(zhuǎn)換規(guī)則如圖9所示。

圖9 選擇節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換規(guī)則

如圖10所示，通過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換代理類ConverterAgent設(shè)置待轉(zhuǎn)模型，調(diào)用源節(jié)點(diǎn)模型轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，節(jié)點(diǎn)源模型用Diagram接口實(shí)現(xiàn)規(guī)則轉(zhuǎn)換方法switch(將有色Petri網(wǎng)中庫所、變遷、弧信息對(duì)應(yīng)XML中節(jié)點(diǎn)寫入到數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的表中)，轉(zhuǎn)換工具通過ActDiagram類將活動(dòng)圖源進(jìn)行轉(zhuǎn)換和NodeDiagram類實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展活動(dòng)節(jié)點(diǎn)源的轉(zhuǎn)換，遍歷算法通過解析模型源生成模型對(duì)象再遍歷內(nèi)存對(duì)象完成模型的轉(zhuǎn)換。

圖10 自動(dòng)轉(zhuǎn)換工具設(shè)計(jì)類

3 等級(jí)轉(zhuǎn)換的HTCPN模型及驗(yàn)證

3.1 分層賦時(shí)有色Petri網(wǎng)

分層賦時(shí)有色Petri網(wǎng)(HTCPN)是在CPN的基礎(chǔ)上引入了時(shí)間戳和分層結(jié)構(gòu)[15]。驗(yàn)證系統(tǒng)功能時(shí)必須有時(shí)間概念，時(shí)間戳是在CPN模型庫所包含的token、變遷以及弧上賦予了時(shí)間特性，分層結(jié)構(gòu)是將復(fù)雜系統(tǒng)分解成多個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的嵌套組合。HTCPN的建模方式有自底向上和自上而下，本文采用自上而下的建模方法逐步完成對(duì)等級(jí)轉(zhuǎn)換的細(xì)化。

3.2 等級(jí)轉(zhuǎn)換HTCPN頂層模型

C2至C3級(jí)列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換HTCPN頂層模型中用庫所集和變遷集之間信息流的相互傳遞來表示等級(jí)轉(zhuǎn)換的過程，庫所集中的托肯(token)是HTCPN模型中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流，托肯中包括了RBC與車載設(shè)備的交互信息(Message)和時(shí)間戳(Time)[16]。

通過自動(dòng)工具轉(zhuǎn)換將UML活動(dòng)圖轉(zhuǎn)換成HTCPN等級(jí)轉(zhuǎn)換模型，如圖11所示是等級(jí)轉(zhuǎn)換的HTCPN頂層模型，C2至C3級(jí)列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換中車載設(shè)備和RBC的狀態(tài)庫所集P={C2,VC RecConOrder,Version Information Match Fail Remain C2,ConSucceed,RBC RecPosInfo,VC RecMovAuthority,Convert to C3}，轉(zhuǎn)換過程中庫所集的具體含義如表4所示。描述等級(jí)轉(zhuǎn)換中車載設(shè)備動(dòng)作過程的變遷集合T={VC ConGSM-R,Call RBC,Position report,Arrive to LTA,Arrive to LTO}，變遷集的具體含義如表5所示。

表4 庫所集的具體含義

表5 變遷集的具體含義

圖11 等級(jí)轉(zhuǎn)換的HTCPN頂層模型

從變遷“VC ConGSM-R”到庫所“VC RecCon Order”過程中，添加產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字函數(shù)est(),判定車載設(shè)備與GSM-R網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)間是否超過40 s，如果大于40 s則認(rèn)定注冊(cè)失敗。從變遷“CAll RBC”到庫所“ConSucceed”過程中，添加隨機(jī)函數(shù)rand()從1到10隨機(jī)產(chǎn)生數(shù)字，標(biāo)志車載設(shè)備與RBC從開始呼叫到建立連接所需的時(shí)間，如果時(shí)間大于10 s，則被認(rèn)為建立連接失敗。從變遷“PositionReport”到庫所“RBC RecPosInfo”過程中，時(shí)間戳的增量為20 s(車載設(shè)備與RBC通信時(shí)間15 s+司機(jī)確認(rèn)5 s)，此模型中有五個(gè)置換變遷，置換變遷都帶有子頁模型描述更詳細(xì)的變遷活動(dòng)。

3.3 等級(jí)轉(zhuǎn)換HTCPN子頁模型

子頁模型通過置換變遷與頂層模型建立連接，置換變遷“VC ConGSM-R”的子頁模型描述了列車從GRE到RE應(yīng)答器組時(shí)車載設(shè)備和GSM-R網(wǎng)絡(luò)的連接過程；置換變遷“Call RBC”的子頁模型模擬了列車前端經(jīng)過RE應(yīng)答器組時(shí)，車載設(shè)備呼叫RBC并且建立可靠連接的過程；置換變遷“Position report”的子頁模型模擬了車載設(shè)備向RBC發(fā)送位置信息和參數(shù)信息的詳細(xì)過程，其中包括車載設(shè)備接收到RBC的ID和電話號(hào)碼后，呼叫RBC的過程中時(shí)間、變量信息交換等變化參數(shù)。該子頁模型通過庫所變遷ConSucceed與頂層模型建立連接，子頁模型如圖12所示。置換變遷“Arrive to LTA”和“Arrive to LTO”分別模擬了列車至LTA應(yīng)答器組時(shí)RBC向車載設(shè)備發(fā)送行車許可和列車至LTO應(yīng)答器組時(shí)轉(zhuǎn)換C3級(jí)模式的過程。

圖12 等級(jí)轉(zhuǎn)換的HTCPN子頁模型

4 C2級(jí)向C3級(jí)系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換性能分析

4.1 速度對(duì)等級(jí)轉(zhuǎn)換的影響

模擬列車以250 km/h的速度從GSM-R網(wǎng)絡(luò)連接注冊(cè)信息應(yīng)答器組(GRE)到轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組(LTO),在C2級(jí)向C3級(jí)轉(zhuǎn)換的HTCPN模型建立成功后，通過CPN tools檢查語句是否有錯(cuò)誤，若語句沒有語義錯(cuò)誤，對(duì)狀態(tài)空間和強(qiáng)連接部件工具圖進(jìn)行計(jì)算操作，循環(huán)進(jìn)行104次場(chǎng)景轉(zhuǎn)換，生成場(chǎng)景轉(zhuǎn)換模型數(shù)據(jù)及狀態(tài)空間報(bào)告，用MATLAB對(duì)導(dǎo)出的模型轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制出圖13所示的轉(zhuǎn)換結(jié)果。將圖13的結(jié)果轉(zhuǎn)換成不同時(shí)間下等級(jí)轉(zhuǎn)換的成功概率，如表6所示，在保證轉(zhuǎn)換時(shí)間為102 s時(shí)，轉(zhuǎn)換成功率可以達(dá)到99.6%。

圖13 不同時(shí)間C2級(jí)向C3級(jí)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換

表6 轉(zhuǎn)換時(shí)間和成功概率的關(guān)系

圖14模擬列車分別以250、230、200 km/h的速度從GSM-R網(wǎng)絡(luò)連接注冊(cè)信息應(yīng)答器組(GRE)到轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組(LTO),仿真出在不同速度下轉(zhuǎn)換成功的概率。由圖14和表7可以得出，在等級(jí)轉(zhuǎn)換概率相同的情況下，列車運(yùn)行速度越高，等級(jí)轉(zhuǎn)換的時(shí)間越短。

圖14 不同速度下C2至C3的轉(zhuǎn)換結(jié)果

表7 不同速度下轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換成功率的關(guān)系

4.2 消息重發(fā)時(shí)間間隔對(duì)等級(jí)轉(zhuǎn)換的影響

C2至C3級(jí)列控等級(jí)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換HTCPN模型中車載設(shè)備與RBC的通信會(huì)話完成的概率也影響C2至C3級(jí)的轉(zhuǎn)換結(jié)果，影響通信會(huì)話的因素和列車在這段區(qū)間行駛的平均速度相關(guān)，圖15選取2、4、6、8 s作為消息重發(fā)時(shí)間間隔，分析出列車速度從60到360 km/h的情況下模型轉(zhuǎn)換的成功率。提取模型數(shù)據(jù)仿真結(jié)果如表8所示?？梢钥闯?，當(dāng)消息重發(fā)時(shí)間間隔相同時(shí)，列車速度越高，C2至C3級(jí)轉(zhuǎn)換概率越低。當(dāng)列車速度相同時(shí)，時(shí)間間隔越短，C2至C3級(jí)轉(zhuǎn)換概率越高。這是由于重發(fā)間隔時(shí)間增加會(huì)降低車載設(shè)備與RBC交互信息的能力，從而增加了信息傳輸完成的時(shí)間。當(dāng)列車運(yùn)行速度在250 km/h以內(nèi)，消息重發(fā)間隔在6 s以內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)換成功概率達(dá)到99.5%。

圖15 不同速度下不同時(shí)間間隔與轉(zhuǎn)換成功率的關(guān)系

表8 不同時(shí)間間隔下轉(zhuǎn)換成功率和速度的關(guān)系

5 結(jié) 語

針對(duì)列控系統(tǒng)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換混成性的問題，本文提出了UML活動(dòng)圖和HTCPN混合模型，并設(shè)計(jì)了一種新的UML擴(kuò)展中間模型來擴(kuò)展轉(zhuǎn)換過程中物理量的參數(shù)和動(dòng)態(tài)演化的約束條件。對(duì)HTCPN模型進(jìn)行驗(yàn)證并提取數(shù)據(jù)，用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，研究了列車在不同速度、不同消息重發(fā)間隔與等級(jí)轉(zhuǎn)換率的關(guān)系，驗(yàn)證了利用UML活動(dòng)圖和HTCPN結(jié)合方法建模仿真結(jié)果滿足列控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求。該建模相比較于傳統(tǒng)的建模方法模擬列車以250 km/h進(jìn)行場(chǎng)景等級(jí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成功率提高了0.2%，且：

(1) 在等級(jí)轉(zhuǎn)換概率相同的情況下，列車運(yùn)行速度越高，等級(jí)轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間越短，對(duì)列車等級(jí)轉(zhuǎn)換的信息交互實(shí)時(shí)性的要求越高。

(2) 消息重發(fā)間隔保持在6 s以內(nèi)時(shí)，列車轉(zhuǎn)換模型成功率達(dá)到99.5%以上。