鄭偉

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600）

1 聯(lián)鎖系統(tǒng)靜態(tài)模型設(shè)計(jì)

通過聯(lián)鎖系統(tǒng)的需求分析能夠反映聯(lián)鎖軟件與其控制對(duì)象間的直接關(guān)系，利用建模語言實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以有效提高軟件的安全性與可靠性。本文首先建立聯(lián)鎖軟件系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型，通過用例圖實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)鎖機(jī)的用例分析，完成需求建模。其次對(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，選取的分析對(duì)象包括信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路區(qū)段和進(jìn)路，研究其聯(lián)鎖邏輯關(guān)系。

1.1 聯(lián)鎖軟件結(jié)構(gòu)模型

在聯(lián)鎖軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)由人機(jī)對(duì)話層、聯(lián)鎖控制層和執(zhí)行層組成的硬件結(jié)構(gòu)做了簡化，構(gòu)建最小功能系統(tǒng)。人機(jī)會(huì)話層由單上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，聯(lián)鎖層由單聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)采集以及室外設(shè)備可均由軟件仿真實(shí)現(xiàn)。

聯(lián)鎖機(jī)的處理過程是聯(lián)鎖軟件的核心，通過對(duì)進(jìn)路處理過程建立活動(dòng)圖來描述這其動(dòng)作轉(zhuǎn)化，如圖1 所示。

圖1 聯(lián)鎖機(jī)軟件活動(dòng)圖

1.2 信號(hào)設(shè)備對(duì)象描述

信號(hào)設(shè)備對(duì)象主要包括信號(hào)機(jī)、道岔、軌道區(qū)段和進(jìn)路，在聯(lián)鎖運(yùn)算中需要涉及其狀態(tài)信息，可通過類圖和對(duì)象圖實(shí)現(xiàn)相應(yīng)類和對(duì)象的描述。

對(duì)各信號(hào)設(shè)備對(duì)象之間關(guān)系的描述通過創(chuàng)建類圖實(shí)現(xiàn)，如圖2 所示。

圖2 進(jìn)路與信號(hào)機(jī)、道岔和軌道電路關(guān)系類圖

信號(hào)機(jī)作為信號(hào)開放的標(biāo)志，必須保證進(jìn)路的安全防護(hù)。圖2 中，signal 對(duì)象（信號(hào)機(jī)）描述了信號(hào)機(jī)編號(hào)（signal_id）、信號(hào)操作按鈕（signal_opr_btn_id）、信號(hào)機(jī)類型（signal_form，列車或調(diào)車信號(hào)）、信號(hào)顯示燈光（signal_light）、信號(hào)開放情況（signal_status， 開 放 或 關(guān) 閉）、 信 號(hào) 資 源 占 用 情 況（signal_occupied，進(jìn)路征用或否）、敵對(duì)信號(hào)條件（signal_conflict，是否構(gòu)成敵對(duì)）、信號(hào)機(jī)燈絲狀態(tài)（filament_state，燈絲是否斷絲）、曾開放標(biāo)志（signal_opened）等。

道岔位置具有三種狀態(tài)，分別為定、反位和四開狀態(tài)。根據(jù)鎖閉方式可分為進(jìn)路鎖閉、區(qū)段鎖閉和單獨(dú)鎖閉。圖2 中可以看到靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述了道岔的道岔編號(hào)（switch_id）、道岔類型（switch_form，單動(dòng)道岔或雙動(dòng)道岔）、道岔實(shí)時(shí)狀態(tài)（switch_status）、雙動(dòng)道岔號(hào)（switch_dle_id）、道岔鎖閉情況（switch_locked）、道岔轉(zhuǎn)換位置（switch_change）、道岔區(qū)段編號(hào)（switch_belong_section_id）等。

圖3 進(jìn)路處理過程協(xié)作圖

圖4 進(jìn)路控制過程活動(dòng)圖

軌道電路是用于檢查區(qū)段是否被占用、監(jiān)督鋼軌是否存在斷軌情況。軌道區(qū)段可以分為無岔區(qū)段、有岔區(qū)段和股道，與進(jìn)路建立和解鎖有密切關(guān)系，通過“三點(diǎn)檢查”來實(shí)現(xiàn)進(jìn)路的分段解鎖。圖2 中描述了軌道區(qū)段編號(hào)（section_id）、區(qū)段實(shí)時(shí)狀態(tài)（section_status）、軌道區(qū)段類型（section_form）、區(qū)段鎖閉標(biāo)志（section_sign_locked）、區(qū)段占用標(biāo)志（section_has_used）、區(qū)段資源征用標(biāo)志（section_occupied）等。

圖5 選路過程順序圖

圖2 中描述了進(jìn)路對(duì)象的屬性，包括進(jìn)路號(hào)（route_id）、進(jìn)路類型（route_form，列車或調(diào)車）、進(jìn)路始端按鈕（opr_btn_start）、進(jìn)路終端按鈕（opr_btn_end）、進(jìn)路變更按鈕（opr_btn_alter）、防護(hù)信號(hào)機(jī)開放名稱（signal_belong_id）、進(jìn)路所含區(qū)段號(hào)（section_belong_route_id）、進(jìn)路中的道岔名稱（switch_belong_id）、進(jìn)路中的道岔類型（switch_belong_type）、是否存在超限區(qū)段（section_transfinite）、超限區(qū)段名稱（section_transfinited_id）等。

2 進(jìn)路控制過程動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)

文中對(duì)進(jìn)路處理過程進(jìn)行建模，研究進(jìn)路建立過程中各子模塊間的協(xié)作關(guān)系和動(dòng)態(tài)時(shí)序關(guān)系，并對(duì)每一個(gè)子模塊建立相對(duì)應(yīng)的UML 模型。

2.1 進(jìn)路處理建模分析

一次完整進(jìn)路過程由聯(lián)鎖系統(tǒng)的協(xié)作處理通過協(xié)作圖完成，如圖3 所示。

從動(dòng)態(tài)角度而言，利用時(shí)間順序可以看到進(jìn)路之間的處理流程，體現(xiàn)對(duì)象間信息交互的時(shí)序性，該過程由順序圖實(shí)現(xiàn)。圖中以進(jìn)路的一次建立和解除過程為例，調(diào)度員是每次活動(dòng)的發(fā)起者，而活動(dòng)過程則由聯(lián)鎖軟件邏輯來處理。活動(dòng)的逐步觸發(fā)過程由活動(dòng)圖描述，如圖4 所示。

2.2 進(jìn)路建立及解鎖過程建模分析

以進(jìn)路選擇階段為例，選路過程主要完成進(jìn)路的選擇和選排一致檢查，包括始終端按鈕的確定、道岔選擇以及道岔位置轉(zhuǎn)換，圖5 所示為選路過程順序圖。

進(jìn)路解鎖過程相較進(jìn)路建立同樣重要。進(jìn)路建立過程中，若因故不能鎖閉進(jìn)路，信號(hào)不能開放，雖影響行車效率，但可以保證安全；但若已鎖閉進(jìn)路因故障原因錯(cuò)誤解鎖，則意味著敵對(duì)進(jìn)路可能建立，危及行車安全。

3 結(jié)論

采用UML 語言對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件進(jìn)行建模，有助于聯(lián)鎖專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜液蛙浖_發(fā)人員的交流。文中提出了聯(lián)鎖軟件建模設(shè)計(jì)中各部分的功能需求及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)建模方法，但仍存在一些問題有待探究。在基于模型的形式化分析和測(cè)試方面，還需要進(jìn)一步研究和改善。