地铁自动控制系统需求分析.docx
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地铁自动控制系统需求分析
地铁自动控制系统需求分析
1.引言
交通是社会经济和社会生活的大动脉，良性运作的交通系统是国民经济和人们正常工作、生活的根本保证。
随着于人口的增长，城市公共汽车和电车运载量，已不能胜任大城市高峰时客流输送的需求。
为此根据我国的实际情况制定出城市交通发展战略，走以公共交通为主体的，多形式、综合型城市交通发展模式。
只有构建以大运量、快速、经济的轨道交通方式为主限制私人汽车，发展公共交通是我国当前和未来城市交通发展主要方向。
而只有构建以大运量、快速、经济的轨道交通方式为主，其他交通方式（如出租车、自行车、私家车等）为辅的高效、便捷、大众化的城市交通系统，才能真正缓解目前我国城市客运交通中出现的车辆拥挤、道路堵塞的严峻局面，才能相对满足未来我国城市客运交通新的需求。
基于上述原因，建设地铁自动控制系统是非常必要的。
采用地铁自动控制系统,可在集成系统的网络平台上,将各信息有机地集成在一起,统一实时数据库和历史数据,实现各专业资源的交互,从而使地铁各项工作协调地运行;可集成各子系统的有关信息,组成地铁高效运营、科学管理的数字系统;有利于实现轨道交通各控制系统的信息共享,增强系统的协调性、灵活性,提高管理与运营效率,便于系统的升级与扩展。
1.1编写目的
编写该文档的目的在于明确地铁自动控制系统的用户需求，使得软件开发人员与用户对待开发软件的需求有统一的、无二义性的认识、组织软件开发与测试。
该文档所描述的内容，可作为软件测试的依据。
本文档仅供项目经理、设计人员、开发人员参考。
1.2定义
1.需求：
用户解决问题或达到目标所需的条件或功能；系统或系统部件要满足合同、标准，规范或其它正式规定文档所需具有的条件或权能。
2.数据流图用于描述系统对数据的加工过程。
2.设计目标
1.整个系统自动化
智能化是开发本系统的主要目标。
系统运行起来后应该尽可能的接近现实，列车自动驾驶，能自动控制车速与前车距离，车站也能自我管理，无人值守。
因为各个子系统之间通过建立网络连接传递数据，所以只要在通信不发生严重故障的情况下，这个系统运行良好，不需要用户的参与也能自动的运行、模拟，当然用户也可以参与到交互之中。
2.系统人性化
随着现代社会的迅速发展，人性化逐渐成为人们关注的焦点。
我国社会已经进入人口老龄化阶段，随着社会对老年人问题的逐渐重视和老年人自己对生活的新要求，老年人需要更大活动范围，出行次数增多，这就对交通工具提出了更多更高的要求。
针对这个问题，地铁自动化系统除了重点突出智能化，还非常重视人性化。
因此，本系统的设计要尽可能的考虑人性化。
人性化主要体现在两个方面：
车辆加速或减速时加速度的大小严格按照人体能够接收的、不会产生明显冲击力的标准控制车速，这个加速度标准是1m/s。
3.模块化设计，能独立在不同机器上运行
系统各个模块之间通过建立网络连接传递数据，共同维护整个系统的运行。
因此可以视机器性能的好坏，适当的安排各个系统的运行环境。
4.建立真实的三维场景，使人身临其境
利用OpenGL图形处理技术建立三维场景，利用3dsmax制作系统中的各种模型，使整个系统的运行界面更加真实，用户可以以乘客的身份在模拟子系统中漫游、乘车等一些交互。
5.构建功能完备的控制中心
控制中心不但是整个系统的控制界面，更是系统监控的一个服务程序。
系统管理员可以对整个运行的实况进行监控与调度，还可以通过统计与查询功能让用户更能感受到一个真实系统的功能。
6.保存运行环境
设计时要将系统运营的开启和关闭考虑了进来。
即当软件的启动比作运营的开始，从数据库读取上次运营的状态为本次状态的开始。
另外，将系统的关闭拟作运营的结束，因此关闭前需要将当前状态写入数据库以被后用。
3.功能需求
3.1用户登录
对用户输入的用户名，密码进行验证，验证通过后，该用户可以使用系统中自己拥有权限的那部分功能，否则拒绝使用。
3.2驾驶自动化管理
管理员登陆成功后，可进入到驾驶自动化管理的界面，即可对列车的驾驶进行远程控制。
如果列车高于限制速度或规定速度，能自动制动减速；如果列车低于限制速度或规定速度，能自动加速；当列车接收到限速命令或停车命令时，能自动停车或紧急制动。
同时，也可以直接控制列车启动，到站停车、开关车门。
驾驶自动化管理包括两部分：
行驶控制系统和数据处理系统。
前者负责车辆的自动控制与行驶，车根据这个系统能够计算出自己新的速度和状态，然后修改旧的状态，以驱动车安全、自动的行驶；后者负责信息的传递和处理。
接收前车的信息并处理，将处理后的数据传递到行驶控制系统以得到车运行的新状态，另外数据处理系统还负责发送车的请求和接收服务器传来的调度信息。
3.3车站监控系统
车站监控系统的设计目的是为了让车站自己管理岔道，分担服务器的部分负荷。
其具体任务是切换岔道和管理站内车、进出站流量记录、触发空车调度、满车调度。
下面我们看看车进出站时，车站的管理和轨道的切换过程。
进站和出站两个过程是有一些区别的，当每进一辆车都必须作一次满车调度判断，而出站过程幷不是出一辆车就作空车判断一次。
因为空车调度涉及到预约的人数和当前车站候车人数，需要定时访问一下数据库，访问时间不一定与出车时间的周期一样，所以在访问完数据库后才作判断。
监控系统从结构上分为3层:
第1层为数据接口层,用于数据采集和协议转换,主要由FEP完成,同时,FEP负责对综合自动化系统与被集成系统的数据进行隔离,从而保证各自系统数据的独立性;第2层为数据处理层,专门用于实时数据处理、逻辑运算,是综合自动化系统应用软件的核心,主要由车站和中央服务器构成,中央综合自动化子系统软件功能用来监控全线地铁站综合自动化系统设备,车站综合自动化系统只在中央综合自动化系统失效时才执行监控功能,平时一般只监不控;第3层为人机接口层,专门用于处理人机接口,主要由操作员工作站构成,通过从车站和中央服务器获取数据,在工作站上显示人机界面,提供友好的输入方式供操作员下达各项控制指令。
3.4线路查询系统
1.系统管理员登入管理员界面后，具有删除站点、删除线路、修改站点、添加线路的功能，管理员具有普通用户所有的功能权限。
2.普通用户可以通过线路查询，用户可以获得该线路会经过的站点，地图上大致的行程路线，以及起末班时间、价格、站点周围的相关建筑信息等等。
3.普通用户也可以在站点查询模块里的，首先可以通过站点的精确查询功能里根据站点的确切信息，根据查询站点的相关信息，比如所经过该站点的线路，以及这些线路所经过的站点，并且在地图上高亮居中显示该站点。
可以通过站点模糊查询功能，根据站点的模糊信息，查询出与模糊信息相关的所有信息。
同时还可以通过建筑物模糊查询功能，根据用户输入的建筑物信息，查询与该建筑物相关的线路信息。
4.普通用户还可以通过公交换乘这个功能，选择直达或是一次换乘，实现换乘信息的查询。
3.5记费管理
用户上车前先刷卡，当车载系统检测到用户信息正确并且有足够的余额完成此次行程时，车辆开始启动。
当车在运行过程中乘客可以重新选定目的站去新的目的点。
3.6自动售检票系统
数据库文件里的数据通过打印机将其数据通过条码形式打印出来，然后卖给消费者。
然后将数据库里的文件下载到采集器里，然后检票员通过采集器检票，如果遇到数据库里没有的数据，采集器会通过指示灯和报警声来提示，如果遇到重复的数据也一样。
在扫描票上面的条码的时候，如果你的数据库里没有条码所代表的数据，那么会提示“该票不存在”，并且指示灯亮红色，并伴随着报警声。
如果已经扫描数据库里有的条码，如果再次扫描该条码，将会提示“该表已查”，并且指示灯亮红色，并伴随着报警声。
3.7自动报警系统
1.用来接受报警信号并启动警报装置，该系统也可用来指示报警信号的部位和记录有关信息。
2.能控制启动报警信号或启动自动灭火设备和消防联动控制器。
3.自动地监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。
3.8闭路电视自动播放系统
闭路电视自动播放系统能够人为选择与相应的电视台相连，自动转播相应的节目。
3.9财务管理
1.财务信息设定
多账本设定、会计科目设定、汇率设定、权限密码设定、财务报表自定义。
2.凭证操作
凭证录入、凭证平衡检查。
3.账目查询和帐页
现金日记账、银行日记账、总账帐页、明细账帐页、科目余额试算表。
4.会计报表
资产负债表、损益表、利润分配表、财务状况表动表。
5.数据处理
期终结算处理、年终结算处理、数据归档及备份。
3.10人事工资管理
人事管理模块指对内部人员的管理，包括用工、退工、员工平时所领取资料、合同等其他凭证的管理与查询。
这里要注意各种凭证领取时候的记录和在凭证丢失时候的处理。
这些凭证都是由业务产生的，所以其与业务管理模块之间存在很多相互访问的情况。
由于存在这个特性，所以必须要做好数据保护，以防止数据交叉访问时候对原先数据的破坏。
人事工资管理系统主要实现以下几项功能要求：
1.新员工资料的输入
2.员工信息资料的修改和查询
3.自动分配员工编号
4.员工工资的输入，修改与查询，计算和工资的月度报表
为实现系统的安全性，对使用本系统的使用人员权限（包含一般用户、工作人员、超级用户）进行设置，增加功能子模快：
系统用户的增加、删除、修改和用户密码的修改。
4.系统分析图
4.1系统功能图
4.2总体构架图
4.3控制中心数据流图
4.4车行驶时数据流向图
4.5检票系统架构图
检票系统操作流图为：
4.6车站处理流程图
4.7线路查询系统结构图
1.用户查询的DFD，如下：
用户输入信息，系统处理查询信息，系统获得信息内容后，向数据库搜索查询信息，如果有，产生查询结果并且输入，如果没有，系统给出相关提示。
2.管理员的DFD，如下：
管理员进入后台后，根据需要，对相关信息进行处理，系统提交到数据库。
3.线路属性E-R模型
4.8用户与服务器的数据交换图
接收数据缓冲区
服务器
发送数据缓冲区
用户模拟程序
用户请求
用户请求
轨道控制信息和车辆的实时控制信息
轨道控制信息和车辆的实时控制信息
4.9人事工资管理系统
5.数据设计
5.1系统数据库设计
具体如下：
car_info表车信息表
列名
数据类型
长度
允许空
备注
car_id
int
4
N
车号
car_type
char
1
N
车辆类型
start_time
datetime
8
N
启用时间
本表记录车的基本信息。
cost_list表乘车价格表
列名
数据类型
长度
允许空
备注
station
int
4
N
车站号
cost
float
8
N
相对价格表
本表记录了个站的相对乘车价格，可以通过Dll程序中的GetValue算法获取两站之间的乘车价格。
deal_info表交易记录表
列名
数据类型
长度
允许空
备注
deal_id
int
4
N
交易记录号
card_id
char
10
Y
用户号
car_id
int
4
N
车号
deal_time
datetime
8
N
交易处理时间
station_start
int
4
N
起始车站
station_end
int
4
N
终点车站
money
float
8
Y
交易金额
本表记录了所有的交易记录，当乘客下车，系统将调用Dll中提供的方法自动向数据库中添加交易记录。
feedback表用户反馈表
列名
数据类型
长度
允许空
备注
feedback_id
int
4
N
用户反馈记录号
card_id
char
10
N
用户号
feedback
text
16
N
反馈内容
feedtime
datetime
8
N
反馈时间
本表记录了用户的留言反馈信息，通过Dll中相应方法读写此表。
station_info表车站信息表
列名
数据类型
长度
允许空
备注
station_id
int
4
N
车站号
station_name
char
12
N
车站名称
station_type
tinyint
1
N
车站类型（暂未用）
station_father
int
4
Y
父站（暂未用）
carNum
int
4
N
站内车数（暂未用）
chaIn
int
4
N
入站岔路号（暂未用）
chaOut
int
4
N
出站岔路号（暂未用）
本表记录了车站的信息，程序初始化时读取车站信息。
stationcar表车站车辆表
列名
数据类型
长度
允许空
备注
id
int
4
N
编号
StationID
int
4
N
车站号
LineID
int
4
N
站内路轨号
CarID
int
4
N
车号
本表记录了车站内车的停放信息，程序初始化时读取此信息。
StationXYZ表车站坐标表
列名
数据类型
长度
允许空
备注
StationId
int
4
N
车站编号
X
float
8
N
车站X坐标
Y
float
8
N
车站Y坐标
Z
float
8
N
车站Z坐标
oX
float
8
Y
车站方向X坐标
oY
float
8
Y
车站方向Y坐标
oZ
float
8
Y
车站方向Z坐标
本表记录了车站的坐标信息，程序初始化时读取此信息。
user_info表用户信息表
列名
数据类型
长度
允许空
备注
card_id
char
10
Y
用户号
user_type
char
1
N
用户类型
balance
float
8
N
用户余额
username
char
12
N
用户姓名
idcard
char
18
Y
身份证号
langu
int
4
Y
语言
本表记录了用户的相关信息，通过Dll中相应方法读写此表。
5.2数据结构
服务器上所记录的信息比较多，因此占用空间也比较大，又因为服务器上的对数据的处理也比较灵活，所以，服务器上主要选择链表，循环链表作为主要的数据结构，考虑到处理效率，在一些地方使用的映射表CMap。
下面先介绍主要几类表：
1、记录车的信息表
用来记录车运行所需要的各种信息，按照车的状态不同又分成六张不同状态的车信息表，包括：
外环车表，内环车表，站内车表，出站车表，转环车表1（由外转内），转换车表2（由内转外）。
以上各表都是循环链表，各表表示的状态分别是，在外环中行驶的车，在内环中行驶的车，在下车道和停车道上的车，在上车到准备出环的车，进入转环道等待进入内环的车，进入转环道等待进入外环的车。
其中外环车表和内环车表必须是有序表，表中车的顺序是严格规定的，因为其是直接在影响车安全行驶与否的重要条件。
其他表是无序的，只是为了表示一种状态而已。
分成六张表的原因是：
在系统运行过程中会经常查表，按类型将表分开，减短表长，提高查询效率。
2、车站信息表
用来记录车站在系统运行时要经常传递和交换的信息。
如，预约信息，进出站流量，车站管理区的起点和终点，还有车站岔道的状态标志等信息；信息主要用来调度车和监控车时使用。
3、岔道控制映射表
由三张映射表组成，主要用来判断岔道何时切换，避免多辆车一起争用岔道。
从而使车能安全、正确地使用岔道。
6.非功能需求
6.1对性能的规定
为了保证系统能够长期、安全、稳定、可靠、高效的运行，地铁自动控制系统管理系统应该满足以下的性能需求：
1．系统处理的准确性和及时性
系统处理的准确性和及时性是系统的必要性能。
在系统设计和开发过程中，要充分考虑系统当前和将来可能承受的工作量，使系统的处理能力和响应时间能够满地铁自动控制系统对信息处理的需求。
2．系统的开放性和可扩充性
地铁自动控制系统在开发过程中，应该充分考虑以后的可扩充性。
例如用户查询的需求会不断的更新和完善。
这些要求系统提供足够的手段进行功能的调整和扩充。
而要实现这一点，应通过系统的开放性来完成，只要符合一定的规范，可以简单的加入和减少系统的模块，配置系统的硬件。
通过软件的修补、替换完成系统的升级和更新换代。
3．系统的易用性和易维护性
地铁自动控制系统是直接面对使用人员的，而使用人员往往对计算机并不时非常熟悉。
这就要求系统能够提供良好的用户接口，易用的人机交互界面。
要实现这一点，就要求系统应该尽量使用用户熟悉的术语和中文信息的界面；针对用户可能出现的使用问题，要提供足够的在线帮助，缩短用户对系统熟悉的过程。
地铁自动控制系统中涉及到的数据是相当重要的信息，系统要提供方便的手段供系统维护人员进行数据的备份，日常的安全管理，系统意外崩溃时数据的恢复等工作。
4．系统的标准性
系统在设计开发使用过程中都要涉及到很多计算机硬件、软件。
所有这些都要符合主流国际、国家和行业标准。
例如在开发中使用的操作系统、网络系统、开发工具都必须符合通用标准。
如规范的数据库操纵界面、作为业界标准的TCP/IP网络协议及ISO9002标准所要求的质量规范等；同时，在自主开发本系统时，要进行良好的设计工作，制订行之有效的软件工程规范，保证代码的易读性、可操作性和可移植性。
5．系统的先进性
目前计算系统的技术发展相当快，做为商品预定系统工程，应该保证系统在下个世纪仍旧是先进的，在系统的生命周期尽量做到系统的先进信息处理的要求而不至于落后。
这一方面通过系统的开放性和可扩充性，不断改善系统的功能完成。
另一方面，在系统设计和开发的过程中，应在考虑成本的基础上尽量采用当前主流并先进且有良好发展前途的产品。
6．系统的响应速度
地铁自动控制系统在日常处理中的响应速度为秒级，达到实时要求，以及时
反馈信息。
在进行统计分析时，根据所需数据量的不同而从秒级到分钟级，原则是保证操作人员不会因为速度问题而影响工作效率，要求等待时间小于0.5ｓ。
7.系统的精度
本系统主要用于管理，不是科学计算，要求计算的精度不是很苛刻。
所以对输入输出数据精度的要求不是很高，数用浮点数表示就可以了。
8.系统的灵活性
图形化房间界面，可以一目了然状态情况，系统自动过房费，动态实时的客房、账户控制，提供客房、餐饮乐等模块的自动转账，方便客人的消费。
提供精确人性化的查询和模糊查询，自定义报表和屏幕显示同步进行，支持图形与表格相结合，提供账单、外币结算。
9.系统安全性
（1）系统硬件完整性检测:
选用硬件能够提供较为完善的设备自检,系统运行过程中,应用程序周期性对计算机内存进行检测。
（2）文件静态保护和动态数据实时备份与恢复:
不仅能有效地防止文件被恶意修改,而且还能避免因误操作和数据库文件损坏而导致重要数据丢失,从而极大地提高计算机系统的安全性、可靠性和抗毁性。
（3）网络传输的安全:
对传输的报文设计专门的冗余安全编码,控制指令采用应答确认方式,确保控制指令的安全。
（4）用户身份识别与访问控制:
用户帐号管理,所有用户必须通过用户登录即输入有效的用户名和密码后方可进入系统。
用户要停止或暂停使用系统,则取消登录。
一旦用户取消登录后,系统进入锁定状态,所有用户操作均被禁止,直至用户重新登录。
用户使用系统期间,有关操作将连同用户名自动记录至事件库中,同时其登录或取消登录亦作为一件事件记录。
10.系统技术指标
（1）可靠性平均无故障工作时间（MTBF）一般不小于106h。
系统可靠性是系统设计开发过程中最为重要的部分。
为了采用现有的技术研制实现高可靠、低寿命周期费用指标的综合监控系统,对系统的可靠性进行分析,系统可靠性就是系统在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。
（2）OCC和车控室工作站实时事件窗口上的数字量信号更新时间不超过2s,模拟量及脉冲量信号更新时间不大于5s。
如果有报警,则每3s将该报警模拟量传送到OCC。
统计状态每15s更新一次（设备状态更新时间是指FEP从与相关系统的接口接收到信号开始,到工作站屏幕更新为止的时间,其中界面刷新时间不大于1s）。
（3）对现场设备的控制时间不应大于2s。
即现场设备的控制时间包括从操作员发出控制和指令操作开始,到控制和指令操作条件检查返回为止的时间,以及控制和指令传送到FEP、进行处理和激活控制点或信息的时间不应大于2s。
（4）系统工作温度应保持在0~50℃,湿度应保持在0%~95%,注意防尘、防静电,工作时间上要保证24h连续工作。
6.2数据管理能力要求
1．数据录入和处理的准确性和实时性
数据的输入是否准确是数据处理的前提，错误的输入会导致系统输出的不正确和不可用，从而使系统的工作失去意义。
数据的输入来源是手工输入。
手工输入要通过系统界面上的安排系统具有容错性，并且对操作人员要进行系统的培训。
在系统中，数据的输入往往是大量的，因此系统要有一定的处理能力，以保证迅速的处理数据。
2．数据的一致性与完整性
由于系统的有些数据是共享的，要有一定的人员维护数据的一致性，在数据录入处控制数据的去向，并且要求对数据库的数据完整性进行严格的约束。
对于输入的数据，要为其定义完整性规则，如果不能符合完整性约束，系统应该拒绝该数据。
3．数据的共享与独立性
数据的共享会给设计和调试带来困难。
因此，应该提供灵活的配置，使各个分系统能够独立运行，而通过人工干预的手段进行系统数据的交换。
这样，也能提供系统的强壮性。
4．技术发展规律的约束
计算机技术和产品的发展日新月异，将会给信息处理带来更多的手段，同时也会带来更加丰富的信息表达形式。
例如图象和语音技术的进步，多媒体技术的发展，这些都要求系统在设计时考虑技术变化的可能性，为可能的变化预留一定的系统处理能力。
6.3故障处理要求
1.应具有自动备份和自动恢复原始数据库的功能，这样可大大降低操作人员误操作或非法客户入侵所引发的数据损失。
2.采用通用防火墙技术以阻止非法客户入侵内部网络；同时，在Intranet和Internet之间还设置了网关，使得外部顾客通过Internet只能访问地铁系统的主页及Web站点，却不能侵入;并且Web主机交由电信局托管，避免了内耗:
同时，该防火墙还能够有效防止DoS（DenialofService）攻击并进行Internet内容过滤以及IP地址管理。
3.数据库服务器应具有双机热备份功能，可以及时避免网络系统的崩溃。
4.所有服务器均使用不间断电源，对其进行延时存储保护。
6.4其他要求
1.系统内部网络应有自动审核服务，任何非法操作都将记录在案，并且定期备份审核记录及操作日志。
2.对不同的数据库用户及网络用户均设置了登录账号、所属的工作组及在线计算机用户名。
由于不同的用户拥有不同的操作权限，保证了数据库及网络系统的安全性，还可对非法用户和非法操作进行二次过滤。
3.所有内部网络客户机都安装病毒防火墙软件，从而可对网络上流通的数据进行实时监控，防止病毒在地铁系统内部网络上蔓延，造成不必要的损失。
7.运行环境及接口
7.1软件环境
服务器操作系统：
WindowsNT数据库
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