鐵路智能運輸系統(tǒng)結構設計方法研究.pdf

1、鐵路智能運輸系統(tǒng)(RITS)是涉及多學科、多專業(yè)領域，集底層控制、實時調度、運營管理于一體的多功能、多任務的復雜大型信息系統(tǒng)，系統(tǒng)設計在系統(tǒng)建設中至關重要。隨著分布式網絡技術的不斷發(fā)展，鐵路運輸系統(tǒng)向智能優(yōu)化、綜合交互、動態(tài)實現(xiàn)等方向發(fā)展，對鐵路運輸系統(tǒng)的功能和業(yè)務覆蓋范圍等方面提出新的要求，RITS各系統(tǒng)需要能適應需求的調整，實現(xiàn)新業(yè)務的快速展開。這對RITS系統(tǒng)的總體規(guī)劃設計方法提出新的要求。RITS是復雜大系統(tǒng)，針對復雜大系統(tǒng)在規(guī)

2、劃設計建設中的不確定性和復雜性，需要進一步擴展現(xiàn)有系統(tǒng)優(yōu)化以及設計理論的體系范疇。如何設計出技術性能好、經濟效果優(yōu)的RITS系統(tǒng)，同時又能支持業(yè)務重組、軟件重構和動態(tài)業(yè)務集成，迫使人們研究和探索新的、更加完善的系統(tǒng)設計方法。 本文在《鐵路智能運輸系統(tǒng)體系框架研究》課題基礎上，首次提出RITS物理結構優(yōu)化設計問題，并從方法論角度對優(yōu)化設計問題進行了形式化描述，運用系統(tǒng)工程、人工智能、計算機網絡等領域的先進理論和方法著重對RITS結

3、構優(yōu)化設計方法進行了探索，重點研究了三個問題：一是基于模糊聚類的邏輯結構劃分，將系統(tǒng)的基本過程聚合為若干相對獨立的功能單元，實現(xiàn)了系統(tǒng)不同粒度的分解：二是物理結構優(yōu)化設計方法，提出了采用多目標優(yōu)化的解決思路；三是系統(tǒng)慮用層容錯設計方法，保證系統(tǒng)在局部功能失效或調整時，大系統(tǒng)總體功能的穩(wěn)定。綜合采用上述方法進行系統(tǒng)優(yōu)化設計，使RITS物理結構具有有效性、經濟性、可靠性與可擴展性，提高了系統(tǒng)的適應性和魯棒性。論文的主要工作及創(chuàng)新點如下：

4、 1、提出了RITS邏輯結構到物理結構層次化優(yōu)化映射設計思想。為解決RITS規(guī)模龐大、系統(tǒng)各要素之間耦合關系復雜、難以實現(xiàn)物理結構優(yōu)化設計的問題，在實現(xiàn)不同粒度系統(tǒng)分解基礎上，進行物理結構優(yōu)化設計，有效降低了系統(tǒng)設計復雜度。 2、研究了基于模糊聚類的邏輯結構劃分方法及“元服務”、“關鍵路徑”的基本概念和提取方法。本文將RITS邏輯結構分析轉化為對其同構有向圖的拓撲分析，建立了基于模糊關聯(lián)強度矩陣的RITS邏輯結構模型，定量描

5、述了系統(tǒng)過程之間的關聯(lián)程度，采用模糊聚類方法將系統(tǒng)劃分為若干獨立的功能單元，為邏輯結構到物理結構層次化優(yōu)化映射提供了方法支撐。 3、突破原有RITS設計主要基于軟件工程方法的局限，研究了RITS物理結構優(yōu)化設計基本問題，即在一定資源條件約束下，綜合考慮技術、經濟等方面因素，實現(xiàn)功能單元在物理實體上的優(yōu)化配置，并提出了RITS物理結構優(yōu)化設計問題的模型。 4、研究并建立了比較全面、實用的RITS系統(tǒng)設計層次化評價指標體系和

6、量化方法。評價指標體系能夠客觀地反映系統(tǒng)的技術經濟指標，易于實現(xiàn)系統(tǒng)設計方案的量化評估。 5、初步建立了基于多目標優(yōu)化的RITS物理結構設計方法，以解決復雜多變量、多目標、多約束的RITS結構優(yōu)化設計問題。采用產生式和基于偏好方法兩種途徑對RITS物理結構優(yōu)化設計的具體方法進行了研究和比較。其中產生式方法以一類基于Pareto機制的具有快速全局收斂能力的多目標遺傳算法為研究重點，通過綜合采用改進的非支配排序方法、動態(tài)虛擬適應度賦

7、值策略、精英策略等措施對NSGA進行了改進，得到了RITS結構設計的一個Pareto解集，有效降低了算法的復雜性，提高了算法的快速收斂性。第二類基于偏好的設計方法是將多目標優(yōu)化設計與多目標決策相結合，把專家對設計目標的偏好信息或經驗規(guī)則融入到優(yōu)化設計過程中，分別提出了基于模糊偏好和基于模糊邏輯的優(yōu)化設計方法，提高了效率，便于決策者理解和把握設計結果。以緊急救援子系統(tǒng)為例，采用本文提出的方法進行了物理結構優(yōu)化設計，得到了比較合理、滿意的結