發(fā)布時間：2017-08-05 15:39

  本文關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)驅(qū)動的鐵路信息物理融合系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法

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【摘要】：2015年中國高速鐵路運營里程超過1.8萬公里,動車列數(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行中的大量應(yīng)用(采集列車、軌道的狀態(tài)信息和運行線路信息),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)當中隱藏著數(shù)據(jù)的潛在的價值,為鐵路智能化(智能列車、智能調(diào)度等)帶來了新的機遇。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、信息共享和大數(shù)據(jù)處理。信息物理融合系統(tǒng)是一個集物理系統(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),能實現(xiàn)工程系統(tǒng)的環(huán)境感知、動態(tài)控制與信息服務(wù),具備實時、安全可靠性、異構(gòu)的特點。鐵路信息物理融合系統(tǒng)的復(fù)雜和大型性,使得系統(tǒng)中存在很多動態(tài)的、不確定的因素,通過對鐵路信息物理融合系統(tǒng)進行分析、設(shè)計和建模以更好的了解物理世界和計算機世界的交互行為、安全可靠性、實時性。本文結(jié)合大數(shù)據(jù)和信息物理融合系統(tǒng),重點研究鐵路信號系統(tǒng)大數(shù)據(jù)和系統(tǒng)建模。首先分析鐵路的大數(shù)據(jù)特性；分析大數(shù)據(jù)驅(qū)動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。基于云計算的鐵路信息共享平臺解決傳統(tǒng)鐵路數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)、海量存儲、信息共享的問題。鐵路大數(shù)據(jù)還需要實時處理和決策才能保證高速列車的運行安全,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)流實時處理方法。大數(shù)據(jù)驅(qū)動的鐵路信息物理融合系統(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對列車運行控制系統(tǒng)最重要的移動授權(quán)場景進行了混成行為建模；通過擴展AADL的混成行為建模能力,彌補了Simulink單純仿真缺乏的形式化驗證的不足。最后以列車運行控制的ATP系統(tǒng)為例,詳細建模了ATP系統(tǒng)的硬件、軟件系統(tǒng)；并將ATP系統(tǒng)的AADL模型的行為附件轉(zhuǎn)換為時間自動機進行驗證。
【關(guān)鍵詞】：大數(shù)據(jù) 信息物理融合系統(tǒng) 鐵路 列控系統(tǒng) Simulink AADL 混成系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP202
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-17
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 論文研究內(nèi)容15-16
• 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的鐵路信息物理融合系統(tǒng)分析17-29
• 2.1 鐵路大數(shù)據(jù)17-20
• 2.1.1 大數(shù)據(jù)的屬性17-18
• 2.1.2 鐵路信號系統(tǒng)大數(shù)據(jù)特性18-20
• 2.2 大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)20-22
• 2.2.1 批處理系統(tǒng)20-21
• 2.2.2 流處理系統(tǒng)21-22
• 2.3 信息物理融合系統(tǒng)22-24
• 2.3.1 CPS的基本組件23-24
• 2.3.2 CPS系統(tǒng)的特點24
• 2.4 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的鐵路信息物理融合系統(tǒng)分析24-29
• 2.4.1 需求體系結(jié)構(gòu)24-26
• 2.4.2 數(shù)據(jù)和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)26-29
• 第三章 基于云計算的鐵路信息物理融合系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)29-44
• 3.1 基于云計算的CPS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)29-33
• 3.1.1 基于云計算的CPS體系結(jié)構(gòu)29-33
• 3.2 基于云計算的鐵路信息共享平臺33-38
• 3.2.1 基于云計算的鐵路信息共享平臺架構(gòu)33-35
• 3.2.2 基于云計算的鐵路信息存儲模型35-36
• 3.2.3 基于HBase的數(shù)據(jù)存儲36-38
• 3.3 基于Storm的鐵路信息實時處理模型38-44
• 第四章 鐵路信息物理融合系統(tǒng)的建模方法44-56
• 4.1 鐵路信息物理融合系統(tǒng)建模需求分析44-45
• 4.2 基于Simulink和AADL的建模方法45-48
• 4.2.1 Simulink概述46-47
• 4.2.2 AADL概述47-48
• 4.2.3 AADL建模組件48
• 4.3 AADL的離散與連續(xù)行為建模48-53
• 4.3.1 傳統(tǒng)的AADL的行為建模48-49
• 4.3.2 離散、連續(xù)行為的擴展-Hybrid CSP49-53
• 4.4 模型轉(zhuǎn)換53-56
• 4.4.1 Simulink轉(zhuǎn)AADL53-55
• 4.4.2 AADL行為模型到時間自動機的映射55-56
• 第五章 列車運行控制系統(tǒng)的設(shè)計與建模56-87
• 5.1 列車運行控制系統(tǒng)56-60
• 5.1.1 移動授權(quán)(Moving Authorization)場景57-60
• 5.2 移動許可場景的Simulink建模60-71
• 5.2.1 Train模型61-62
• 5.2.2 TCC模型62-63
• 5.2.3 RBC模型63-65
• 5.2.4 EVC模型65-71
• 5.3 移動許可場景的混成行為AADL建模71-75
• 5.3.1 AADL混成行為附件72-75
• 5.4 系統(tǒng)AADL模型75-87
• 5.4.1 列車運行控制系統(tǒng)的感應(yīng)服務(wù)和控制服務(wù)76-78
• 5.4.2 ATP系統(tǒng)AADL建模78-81
• 5.4.3 ATP系統(tǒng)時空行為建模81-87
• 第六章 模型的分析與驗證87-95
• 6.1 云存儲系統(tǒng)性能分析87-89
• 6.2 混成行為驗證89-91
• 6.3 移動授權(quán)場景緊急制動行為Simulink仿真91
• 6.4 時空行為驗證91-93
• 6.5 流分析驗證93-95
• 總結(jié)與展望95-96
• 參考文獻96-100
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文100-102
• 致謝102

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