蔣靈明

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

1 CTCS-3仿真測試系統(tǒng)仿真建模目標(biāo)

CTCS-3（簡稱C3）仿真測試系統(tǒng)的建設(shè)以真實的鐵路運營線為背景，以建立符合實物設(shè)備功能需求和接口規(guī)范的C3級列控系統(tǒng)仿真模型為目標(biāo)，采用真實系統(tǒng)和虛擬對象相結(jié)合的方式構(gòu)建完整的線路級仿真系統(tǒng)。

模型須基于實物系統(tǒng)的真實特性，并遵照仿真運行支撐平臺的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

2 C3仿真測試系統(tǒng)仿真建模策略

C3級列控系統(tǒng)建模應(yīng)包括功能、性能和故障仿真建模3大類。

功能仿真建模即建立C3級列控系統(tǒng)各設(shè)備的功能仿真模型。

性能仿真建模是通過對列控系統(tǒng)模塊級的深度建模，實現(xiàn)設(shè)備性能的仿真，性能仿真建模是在功能仿真模型的基礎(chǔ)上升級實現(xiàn)。

故障仿真建模是在功能仿真模型和性能仿真模型的基礎(chǔ)上，分析可預(yù)見和實際應(yīng)用中發(fā)生的各種故障，建立故障仿真模型。

在建模過程中，建立仿真模型依據(jù)真實系統(tǒng)的實物對象的功能規(guī)范，采用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行識別、分析和建模。

在對C3級列控系統(tǒng)的建模上，按以下步驟進(jìn)行。

1）完整描述仿真對象所對應(yīng)的實物設(shè)備的功能，進(jìn)行設(shè)備內(nèi)對象識別，識別對象邊界與對象層次結(jié)構(gòu)，確定建模層次，詳細(xì)列舉各設(shè)備中需要建模的對象并明確其層次關(guān)系，通過分析建立仿真對象的內(nèi)部狀態(tài)變量和屬性，建立對象的內(nèi)部功能模型。

2）分析仿真對象的對外接口特性，詳細(xì)列舉與被仿真實物對象發(fā)生交互的其他實物對象及相應(yīng)的交互方式和數(shù)據(jù)交換格式，描述各個仿真對象的外部接口功能并建立外部接口功能模型。

3）分析影響仿真對象內(nèi)部功能和外部接口功能的條件，列舉出影響仿真對象功能正常執(zhí)行的狀態(tài)變量和屬性，建立功能的影響條件在不同取值下的性能仿真模型。

4）分析實物設(shè)備在實際應(yīng)用中發(fā)生的各種故障，通過對內(nèi)部功能模型的正常功能修改和外部接口功能模型的數(shù)據(jù)注入，實現(xiàn)故障仿真模型的建立，故障仿真模型從設(shè)備級故障模型、系統(tǒng)級故障模型和突發(fā)意外故障模型3方面進(jìn)行建模。

5）建立類的層次結(jié)構(gòu)模型，以及對象的層次結(jié)構(gòu)模型。

6）采用面向?qū)ο笳Z言對仿真對象進(jìn)行完整的封裝和描述。

3 C3級列控系統(tǒng)仿真建模總體結(jié)構(gòu)

C3級列控系統(tǒng)地面設(shè)備模型和車載設(shè)備模型結(jié)構(gòu)以C3級列控系統(tǒng)真實設(shè)備的邏輯關(guān)系為依據(jù)進(jìn)行建模，支撐模型以滿足室內(nèi)仿真現(xiàn)場列車運行的場景為依據(jù)進(jìn)行建模。

地面室內(nèi)設(shè)備模型間的數(shù)據(jù)交互遵照仿真運行支撐平臺的接口標(biāo)準(zhǔn)和要求通過模型接入代理進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并與地面室外設(shè)備模型進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。車載設(shè)備模型通過軌道電路信息接收單元模型、應(yīng)答器信息接收單元模型和測速測距單元模型從地面設(shè)備模型獲取軌道電路信息、應(yīng)答器信息和仿真列車運行的速度，車載設(shè)備模型通過無線信道模型與RBC模型通信。建立值班員模型、司機模型、動力學(xué)模型和列車模型等支撐模型，支持綜合集成設(shè)計平臺的仿真集成測試和設(shè)計需求。

C3級列控系統(tǒng)實物設(shè)備通過實物接口平臺與地面設(shè)備接入代理相連，實現(xiàn)C3級列控系統(tǒng)設(shè)備模型與實物設(shè)備之間的互切換，C3級列控系統(tǒng)建?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 C3級列控系統(tǒng)建模實現(xiàn)技術(shù)

C3級列控系統(tǒng)建模采用面向服務(wù)的流程編排思想，對各設(shè)備進(jìn)行功能服務(wù)的定義，按照正常業(yè)務(wù)流程對模型內(nèi)各功能服務(wù)進(jìn)行業(yè)務(wù)流程編排，實現(xiàn)本模型常態(tài)；按照約定之外的業(yè)務(wù)流程對模型內(nèi)各功能服務(wù)進(jìn)行業(yè)務(wù)流程編排，實現(xiàn)本模型的故障態(tài)；為了仿真設(shè)備的性能特性，針對每項功能服務(wù)都定義對應(yīng)的對象特性服務(wù)，由對象特性服務(wù)定義功能服務(wù)作用的觸發(fā)點，對象特性服務(wù)觸發(fā)的功能服務(wù)既可以為常態(tài)，也可以為故障態(tài)。C3級列控系統(tǒng)建模方法如圖2所示。

通過對業(yè)務(wù)流程的再編排，可以有效地實現(xiàn)功能服務(wù)的復(fù)用，快速適應(yīng)不同的仿真應(yīng)用。

設(shè)計應(yīng)用功能服務(wù)時，首先需要分析C3列控系統(tǒng)設(shè)備目前核心的業(yè)務(wù)流程，確定所需的基本功能，其次從支撐仿真設(shè)計平臺的運行方面獲取功能，并打包為服務(wù)。利用業(yè)務(wù)流程分析方法識別模型核心業(yè)務(wù)流程，通過自上而下的方式來對模型的功能服務(wù)進(jìn)行建模，通過自下而上的方式來編排模型的故障業(yè)務(wù)流程。

1）自上而下的功能服務(wù)建模

采用自上而下的方式，通過對業(yè)務(wù)流程分析及分解，識別出應(yīng)用功能服務(wù)，確定支持模型核心業(yè)務(wù)流程所需的各項應(yīng)用功能服務(wù)。如圖3所示。

2）自下而上的故障態(tài)業(yè)務(wù)流程編排

分析模型中已有的功能服務(wù)，通過對模型故障業(yè)務(wù)流程分析的過程，把功能服務(wù)按照故障業(yè)務(wù)流程進(jìn)行編排，建立模型故障態(tài)流程，如圖4所示。

3）改變對象特性的模型故障態(tài)

模型中的功能服務(wù)對應(yīng)有對象特性，通過對模型對象特性的改變，激勵功能服務(wù)改變其正常的運轉(zhuǎn)模式，輸出一錯誤的結(jié)果，實現(xiàn)模型的故障機制。在正常狀態(tài)下，由正常的對象特性激勵作用于功能服務(wù)的執(zhí)行；當(dāng)故障狀態(tài)下，則由異常的對象特性激勵作用于功能服務(wù)的執(zhí)行。如圖5所示。

5 結(jié)論

采用功能、性能和故障建模3方面的建模策略以及面向服務(wù)的流程編排思想來對C3列控系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行仿真建模，是符合C3仿真測試系統(tǒng)建設(shè)過程中所遵循的組件化、漸進(jìn)逼真、實物接入和可聚合等4項原則，能很好地滿足C3仿真測試系統(tǒng)對仿真模型提出的需求。

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