文章

铁路系统联邦数字模型的案例

6
股票

Pierre Tane (UIC)、Gilles Dessagne博士(SNCF Réseau)、Bob Janssen博士(EULYNX)和Airy Magnien (UIC)讨论了实现铁路系统概念模型的技术发展以及它们可以产生的多方面优势。

复杂的铁路网。

一个信息源,多种数据需求

铁路系统由混凝土、钢铁和许多利益相关者组成,所有这些都需要不同类型的信息。可用的信息来自各种各样的来源,从难以维护的长期文档,到很快就会失去相关性的度量流。一个“单一的真相来源”,汇集和分发可靠的、最新的信息,将是一个明显的好处。

然而,“单一来源”并不一定意味着“中央数据库”,数据库这个概念本身可能并不完全恰当。管理和共享运营中的铁路系统的知识涉及其他技术,其中一些技术已经得到广泛使用——例如统一建模语言(UML)——而另一些技术正在出现(例如本体)。首先,成功的关键是合作。

为什么使用UML,它是什么?

自20世纪70年代以来,数据库已成为除电子邮件之外最广泛使用的企业IT资源。成熟的数据库技术最突出的特征是可伸缩性与数据量、数据流以及发布者和订阅者的数量之间的比较。然而,专业人士更多地考虑分类(树状结构),如用于物种分类或分析帐户。在数据库中表示分类法感觉很做作,但在UML中更自然。

铁路系统的数字模型的存在可以使整个部门受益。

UML是一种由对象管理组(OMG)控制的图形化语言,广泛用于软件定义。UML可以用作领域专家和IT专家之间的桥梁。UML类图允许捕获通常用自然语言表达的概念,例如“Eurobalise…”(主题)“…位于…”(动词)“…位置”(对象)。另一个常见的推理辅助工具是概括例如,在“主动信号和板是一种信号”中。这些句子使分类法得以建立,很像林奈对自然王国的分类。

虽然UML类图本质上是描述性的,但它们也可以转换为更适合于特定任务的其他语言,如用于语义的RDF/OWL、用于数据交换的XSD或JSON模式,或者转换为可执行语言,如Java或c#。

来自ARIANE, SNCF铁路域模型…

ARIANE项目于2011年由RFF(现为SNCF Réseau)启动,作为基础设施描述存储库总体规划的一部分,在该计划中,基于系统和增量方法的面向对象模型被实现。

ARIANE模型的核心是轨道网络拓扑,所有的功能描述都引用它。添加了网络资产、线性特性、操作(列车运行、线路联锁等)作为而且这是必要的,不需要重新审视基本原理,而且是在增量的基础上。该模型原生地集成了基础设施生命周期的时间维度,并支持管理多个基础设施演进场景相同的实例相同模型。因此,ARIANE支持在多参与者/贡献者环境中定义演进基础设施的模型。

2012年底,模型存储库(GAIA)的第一个版本诞生了,它通过RESTful API为发布者和订阅者服务。随后,制定了第二个关于基础设施能力和列车流通的总体计划,使ARIANE从基础设施资产扩展到铁路系统的其他部分。

2014年,在ARIANE工作计划中加入了占有规划和调度,以及各种主题的其他方面,包括测量和报警,或基础设施项目的财务控制。同时,各种流程(路径控制、维护等)也得到了解决。自2018年以来,SNCF一直在扩展ARIANE,以描述基础设施的其他方面,如物理对象(轨道路基等)和结构对象(BIM库等效物)。SNCF目前正在映射更多的领域,包括供应链、环境和人力资源。

到RailSystemModel,一个开放的UIC标准

铁路系统的数字模型的存在可以使整个部门受益。2014年,根据其使命,UIC在几位基础设施管理人员和外部技术支持的参与下启动了一个项目。该项目被称为“RailTopoModel”(RTM),以认识到关键铁路网拓扑是如何作为模型的“骨架”:该项目从未被设想限于基础设施。阿丽亚娜是它的主要输入。

RTM在2016年作为国际铁路解决方案IRS30100首次由UIC发布,然后在2017年作为RTM 1.1发布。从2021年的1.2版本开始,它随后被重新命名为“RailSystemModel”(RSM)。虽然拓扑学并没有失去相关性,但新名称更好地表达了项目的总体意图。

EULYNX数据准备(DP)集群已经创建了一个UML模型,该模型实现了来自铁路网、德国联邦铁路(DB)、ProRail和其他基础设施管理人员的信息需求。

从一开始,RSM就向公众免费发布,没有使用限制。它的当前版本是在EUPL 1.2许可下发布的,并在相关的情况下利用了来自OGC、OMG或W3C等的公共标准。

为了实现RSM作为一个综合铁路系统模式的愿景,它的扩张更倾向于合作而不是改造,由此实现了与其他项目的合作。例如,LinX4Rail等欧洲研究项目或EULYNX等部门的信号系统倡议。

EULYNX数据准备模型

由欧洲基础设施管理人员组成的EULYNX联盟认识到有必要将联锁系统和外围系统之间的接口标准化。为了阐明这一举措的重要性,我们可以拿IT行业的专有计算机端口被USB取代作一个比较。

另一个标准化工作解决了将堆场配置信息移植到联锁的挑战。一个现代化的信号系统运行标准的软件,用于抛点、呼叫路线和向列车发出运行指令。该软件实现了以前在中继和机械技术中实现的国家信号规则。

用机器可读的格式表示信号信息的单一模型的好处是显而易见的。EULYNX数据准备(DP)集群已经创建了一个UML模型,该模型实现了来自铁路网、德国联邦铁路(DB)、ProRail和其他基础设施管理人员的信息需求。

联邦模型成为现实

信号系统要求对铁路网的描述准确,同时在其他领域也至关重要。2017年,EULYNX(数据准备)与UIC开始合作,双方达成共识:

  • RSM将为基础设施描述提供共同的基础
  • EULYNX DP负责信号域
  • RSM和EULYNX模型之间的依赖关系将被保留最小的而且显式的

这种协调被证明是可行的,同时同样不侵犯任何一个项目的自主权。此外,它还促进了重要事项的趋同(例如,许可、文档、优先考虑业务概念而不是数据格式化细节等)。

转向更大的联邦模型

尽管它们处于不同的开发阶段,但ARIANE、RSM和EULYNX DP正在迎接将可实现的、独立于平台或项目的概念模型投入工作的挑战。这些模型可以很好地适应复杂性,它们的概念导向有利于接口和扩展。

这些特征是形成铁路系统联邦数字模型的基本品质,而不是陷入创建“一个模型来取代所有模型”的陷阱。鼓励明确领域之间的责任并强制执行强语义,可以在保持内合的联邦数字模型的同时实现模型开发的敏捷性。

巨大的数字化欧洲铁路联合项目(EU-Rail)即将开展的标准化工作将受益于采用融合的概念模型,并在可能的情况下通过本体论的方式连接模型。

皮埃尔些是数字建筑的主管芝加哥他在哪里协调数字建模工作围绕RailSystemModel而且OntoRail项目。他曾在北电网络、Kapsch CarrierCom和Kontron无线技术的标准、客户解决方案和架构方面担任过各种职务。

Gilles Dessagne博士拥有建模和博弈论领域的数学博士学位。他在铁路行业活跃了27年,其中10年是研究交通模拟和优化,以及企业信息系统架构。他目前在SNCF Réseau作为“负责任的城市部门”工作。

鲍勃·詹森博士拥有地球物理学博士学位,在铁路信号行业工作了24年,从事过研发和销售工作。在过去的四年里,他一直担任EULYNX的信息架构师。

艾里Magnien是UIC的数字建模领导者。他曾在SNCF及其咨询子公司SYSTRA担任各种技术和系统工程职位。在欧洲铁路局担任了8年经济评估部门主管后,他加入了UIC,协调RTM/RSM和OntoRail项目,直到2019年。从那时起,他一直用自己的专业技术支持UIC、Shift2Rail和EU-Rail项目。