基于uml的城市軌道交通列車超速防護(hù)系統(tǒng)建模

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1、基于UML的城市軌道交通列車超速防護(hù)系統(tǒng)建模摘　要　分析I-Logix公司的Rhapsody軟件的主要特性在Rhapsody開發(fā)環(huán)境下對北京地鐵1號線的ATP系統(tǒng)車載設(shè)備進(jìn)行UML建模,并介紹系統(tǒng)級調(diào)試功能。關(guān)鍵詞　UML　Rhapsody　面向?qū)ο蟆∏度胧较到y(tǒng)　建模統(tǒng)一建模語言UML(UnifiedModelingLanguage)是迄今為止最好的面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模語言,它取代了以往各種面向?qū)ο蟊硎痉?可以全面、細(xì)致地同時(shí)描敘業(yè)務(wù)和軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)全生命周期建模的無縫統(tǒng)一。UML與OOAD(面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì))工具的結(jié)合,更使軟件工程思想的實(shí)現(xiàn)往前走了一大步。美國I-Log

2、ix公司的Rhapsody是一種基于UML2.0的面向嵌入式應(yīng)用開發(fā)的集成可視化環(huán)境,它為嵌入式軟件的開發(fā)提供了一個(gè)“四化”的支撐平臺,即可視化、工程化、自動化和團(tuán)隊(duì)化。Rhapsody正在迅速成為國防/航空航天領(lǐng)域首選的MDD(模型驅(qū)動開發(fā),ModelDrivenDevelopment)開發(fā)環(huán)境,在一系列項(xiàng)目中(如FuturebatSystems(FCS)andF22等)被作為主要開發(fā)工具來使用。列車自動防護(hù)系統(tǒng)(ATP系統(tǒng))是城市軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)的組成部分之一。它主要保證提供速度限制信息以保持列車間的安全間隔,使列車在符合限制速度的標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)行。ATP車載設(shè)備是列車自動防護(hù)系

3、統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,負(fù)責(zé)完成ATP車載部分的功能。北京地鐵1號線所采用的LCF100DT型車載設(shè)備是保證列車運(yùn)行安全、提高運(yùn)輸能力的地鐵信號專用技術(shù)的行車安全控制設(shè)備。本文首先介紹了Rhapsody的主要特性———實(shí)時(shí)框架,然后分析了ATP系統(tǒng)的工作原理,并在Rhapsody基礎(chǔ)上對北京地鐵1號線的ATP系統(tǒng)車載設(shè)備軟件系統(tǒng)進(jìn)行建模,最后分析了系統(tǒng)級調(diào)試功能。1Rhapsody框架特性Rhapsody的實(shí)時(shí)框架是一個(gè)垂直框架,嵌入式和實(shí)時(shí)應(yīng)用專門選擇和優(yōu)化的設(shè)計(jì)模板,實(shí)現(xiàn)了用于內(nèi)務(wù)處理(如狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)、容器類的實(shí)現(xiàn)等)代碼的重寫,實(shí)時(shí)框架使得設(shè)計(jì)的模型與操作系統(tǒng)無關(guān),通過實(shí)時(shí)框架

4、,應(yīng)用程序可以方便地從一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)移植到其他的操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)框架包含4個(gè)主要部分,如圖1所示。對象執(zhí)行框架提供UML模型執(zhí)行的基本結(jié)構(gòu)管理線程狀態(tài)機(jī)的執(zhí)行,對象間關(guān)聯(lián)模式管理對象間的一對多、多對多關(guān)系,抽象操作系統(tǒng)與框架自身和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)無關(guān),便于框架的移植動畫,調(diào)試框架可以使用戶進(jìn)行基于模型的調(diào)試,如基于狀態(tài)圖的斷點(diǎn)設(shè)置、捕捉不同對象間消息映射等。下面分析對象執(zhí)行框架中的主要元素。2自動超速防護(hù)系統(tǒng)2.1自動超速防護(hù)系統(tǒng)概要ATP(AutomaticTrainProtection,列車自動防護(hù)系統(tǒng))具有超速防護(hù)、零速度檢測和車門限制等功能,提供速度限制信息,以保持列車間的安全

5、間隔,使列車在符合限制速度的標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)行。超速防護(hù)車載設(shè)備是列車超速防護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,它是依據(jù)從ATP地面設(shè)備接收到的列車運(yùn)行控制命令,對列車進(jìn)行實(shí)時(shí)速度監(jiān)督的一種安全保障設(shè)備。2.2北京地鐵1號線ATP系統(tǒng)ATP子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的設(shè)備包括地面設(shè)備和車載設(shè)備。地面設(shè)備主要由集中設(shè)置的地面軌道電路FS2500無絕緣軌道電路構(gòu)成,由發(fā)送器、接收器、碼發(fā)生器及調(diào)諧單元組成;其發(fā)碼由微機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備及控制中心控制,以保證安全追蹤間隔及臨時(shí)限速等。車載設(shè)備的功能由地面信息接收部分、測速部分、速度比較控制部分等完成,當(dāng)列車運(yùn)行速度超過允許速度時(shí),自動完成減速控制,車載設(shè)備由以微處理器為基礎(chǔ)的

6、安全子系統(tǒng)和非安全子系統(tǒng)、速度表、天線及裝在不同軸上的測速電機(jī)組成。ATP系統(tǒng)的功能包括:在設(shè)置區(qū)間閉塞分區(qū)時(shí),保證列車追蹤運(yùn)行時(shí)的最小安全間隔,防止列車尾追事故;列車按線路最大允許安全速度運(yùn)行,防止列車超速運(yùn)行;確保所排進(jìn)路正確、安全;確保提供車門正確開閉條件;區(qū)間臨時(shí)限速。2.3利用軟件Rhapsody對ATP(車載設(shè)備)建模為了使系統(tǒng)軟件具有較高的可靠性、可維護(hù)性,結(jié)構(gòu)化、模塊化是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,軟件模塊的劃分應(yīng)盡量明確、相對獨(dú)立,入口參數(shù)、出口參數(shù)意義范圍明確。軟件Rhapsody只支持英文環(huán)境,圖中英文都有相應(yīng)的解釋。2.3.1需求分析需求分析就是明確從外圍系統(tǒng)的角度

7、,要求列車運(yùn)行控制仿真系統(tǒng)提供什么功能。在以往的需求分析中,始終沒有一種合適的工具來保證系統(tǒng)需求的完整表達(dá),所以直接導(dǎo)致了系統(tǒng)在完成后的檢測中發(fā)現(xiàn)與真實(shí)情況不符。在分析階段引入全面支持UML的Rhapsody這個(gè)有效的形式化工具,以完整的、無歧義的語言表達(dá)上述功能需求,減少了設(shè)計(jì)人員的理解偏差,簡化了開發(fā)過程中的交流。圖2為本案例的用例圖,該圖形象地表示了各個(gè)對象和用例之間的關(guān)系。driver(司機(jī))啟動是否進(jìn)行ATP的操作,一旦啟動ATP超速防護(hù)系統(tǒng),ATPdevi