基于SCADE的信息物理融合系统的分析和设计方法

摘要

信息物理融合系统(CPS)被认为是继计算机、互联网之后的第三次技术革命。互联网改变了人与人之间的交互方式，而CPS将会改变人类与物理世界的交互方式。CPS连接了计算机系统和物理世界，使得物理实体变得更加的智能化，可以达到高度自治，计算世界与物理世界逐渐融合在一起。在现在很难精确预计到CPS在未来能发挥的积极作用，但是不可否认CPS拥有的巨大潜力。
　　本文提出以高安全性应用开发环境(SCADE)作为信息物理融合系统的应用开发平台。SCADE是一个高安全性的应用开发平台，包含了嵌入式软件开发的整体流程。而CPS作为嵌入式系统之后的下一代智能系统，必然会集成嵌入式系统的种种特征。因此，SCADE可以作为CPS开发的一种工具。利用SCADE分析与设计CPS，可以充分利用SCADE开发平台的各种优点，例如提高软件开发效率、降低软件开发成本、保证开发软件的高安全性的特点等等。并且CPS是一个反应式系统，这点与SCADE只能开发反应式系统的特征上不谋而合。
　　基于无线通信的自动列车控制系统(CBTC)是当前轨道交通控制系统的新趋势。CBTC系统打破了传统TBTC系统的基于轨道的列车控制与定位的种种缺点，是新一代的列车控制系统。在本文中将CBTC系统作为轨道交通信息物理融合系统的实例，使用SCADE开发工具对CBTC系统的模块进行了分析与设计工作。
　　CBTC系统将会是未来轨道交通信息物理融合系统的核心。本文采用SCADE软件开发工具对CBTC系统进行了分析与设计，对CBTC的相关子系统:区域控制器(ZC)、车载子系统(VOBC)、自动列车监控系统(ATS)、计算机联锁子系统(CBI)、数据通信子系统(DCS)做了详细的系统分析。接着对CBTC系统的主要功能做了详细的设计工作，包括MA的计算功能、列车状态管理功能等。最后总结了使用SCADE作为CPS分析与设计工具的优缺点。实验证明将SCADE作为CPS的一种分析与设计工具的探索确实有着其实施的可能性。

目录

摘要

英文摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 课题研究国内外动态

1．2．1 信息物理融合系统的发展情况

1．2．2 SCADE的发展过程

1．3 课题的主要内容及组织形式

1．3．1 课题研究的主要内容

1．3．2 课题研究组织形式

第二章 相关知识介绍

2．1 信息物理融合系统介绍

2．1．1 CPS定义

2．1．2 CPS的系统结构

2．1．3 CPS的特性

2．2 SCADE相关知识介绍

2．2．1 反应式系统和同步假设

2．2．2 SCADE的开发流程

2．2．3 图形化建模机制

2．2．4 SCADE仿真与验证

2．2．5 SCADE的其他功能

2．3 本章小结

第三章 CBTC系统分析

3．1 CBTC系统介绍

3．1．1 CBTC系统国内外研究进展

3．1．2 CBTC系统的概述

3．1．3 CBTC系统的优点

3．1．4 CBTC系统是信息物理融合系统

3．2 CBTC系统模块的分析

3．2．1 CBTC系统总体分析

3．2．2 区域控制器(ZC)的分析

3．2．3 VOBC子系统的分析

3．2．4 ATS子系统的分析

3．2．5 GBI子系统和DGS子系统的分析

3．3 本章小结

第四章 基于SCADE的CBTC系统模型设计

4．1 MA计算功能建模

4．1．1 单车运行情景

4．1．2 多列车运行场景

4．1．3 MA计算功能模型

4．2 列车状态管理模型

4．2．1 列车状态装换分析

4．2．2 列车状态管理建模

4．3 列车状态管理功能仿真

4．3．1 列车状态管理安全性分析

4．3．2 列车状态管理模型仿真

4．4 SCADE开发CPS的优缺点总结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢