大數(shù)據(jù)驅(qū)動的鐵路信息物理融合系統(tǒng)的分析與設計方法.pdf

1、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。
　　

2、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，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

3、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

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