文摘

任务可靠性评价方法对交通信号控制器提出了。开发新的评价方法,本文结合了离散事件系统规范(开发者)形式主义已经流行在制造业领域有三个原因:(1)它的特征与面向对象建模相一致;(2)严格的正式定义;(3)支持离散事件模型的规范以层次化和模块化的方式。通过使用开发者形式主义,我们构造一个仿真模型,不仅考虑交通信号控制器的特点,而且操作环境。一旦构建一个模型,可以进行模拟实验。提出的方法计算一个交通信号控制器的任务可靠性通过使用模拟记录,这信息起着至关重要的作用在准备优化维护策略,最大化可用性或生命周期成本最小化。

1。介绍

交通信号(或交通信号灯)灯用来控制车辆的运动,电子操作控制装置。交通信号的主要目标是控制和协调,以确保交通尽可能顺利、安全地移动(1,2]。交通信号交替的方式给予用户通过显示灯的一个标准的颜色(红、绿、黄色)通用颜色代码。如今,大多数的交通信号电子操作,他们通常是由一个“交通信号控制器安装在内阁。

图1显示了一个例子显示交通信号和交通信号控制器。通常,一个交通信号控制器有四个主要目标:(1)最大限度地提高道路交通处理能力;(2)减少对车辆和行人碰撞和等待时间;(3)鼓励在限速旅游满足绿灯;和(4)减少不必要的交通停止和启动。交通控制系统由三个主要部门:(1)显示装置显示灯标准的颜色(红、绿、黄);(2)探测器单元检测车辆的存在;和(3)控制器单元包含一个微控制器接收来自传感器的输出数据和基于编程控制灯的发光。

由于交通信号控制器是直接关系到安全问题,是很重要的有一个适当的维护计划。一个意想不到的交通信号控制器的失败可能会导致严重的损坏车辆和行人。服务提供商,负责维护设备性能,需要优化的维护策略,最大化可用性或生命周期成本最小化。

构建一个良好的维护计划,必须执行一个交通信号控制器的可靠性分析。系统的可靠性可以被描述为函数的能力在规定条件下在指定时间内(3- - - - - -5]。虽然,可以应用于单个组件的定义,它不是足够具体应用到交通信号控制器,可以分配给不同的任务在不同环境。出于这个原因,我们使用的概念的任务可靠性评估交通信号控制器的可靠性。系统的任务可靠性的概率是nonfailure在完成概要任务所需的时间6,7]。

任务可靠性分析得到了实质性的许多研究人员几十年来的注意。先前的研究结果可以分为三类:(1)state-enumeration方法(8,9];(2)组合方法(10,11];和(3)模块化的方法(12,13]。虽然state-enumeration方法能够处理许多任务阶段,组合方法能够有效地解决状态爆炸问题state-enumeration方法的弱点。模块化方法补充前两个方法在某种程度上的弱点。一般来说,现有的研究成果有限制在处理大规模系统的任务可靠性,如交通信号控制器。

仿真技术是有效应对大规模的系统。本文的目的是将离散事件仿真技术应用于大规模系统的任务可靠性分析评价。本文的总体结构如下:部分2解决了整体方案,为交通信号控制器和基于仿真的可靠性评估方法部分3提供了一个详细描述的方法。最后,提供了一些结论部分4。

2。仿真模型构建方法

本文的战略评估的任务可靠性是一个交通信号控制器通过使用模拟技术。执行仿真实验,有必要建立一个模拟模型,该模型不仅考虑交通信号控制器的特点,而且操作环境。然而,已经有了各种建模方法(14- - - - - -18]。在各种建模方法中,开发者形式主义一直是受欢迎的,因为三个原因:(1)它的特征与面向对象建模相一致;(2)严格的正式定义;和(3)支持规范离散事件模型的层次化和模块化的方式。考虑到这些优点,本文选择了开发者为仿真模型结构形式。

寻址的建设仿真模型之前,有必要找出开发者形式主义的特点。在开发者的形式,有两种不同的模式:(1)原子的模型是一个基本的模型更大的模型构建和(2)两个模型表示原子模型如何以分层的方式连接。由于耦合模型只提供了层次结构,我们专注于需要描述的原子模型不仅交通信号控制器的特点,操作环境,如图2。形式上,一个原子模型通过指定7-tuple如下: 在哪里输入事件的设置;是输出事件的设置;是顺序的设置; : →内部转换函数; : 是外部转换函数;总状态吗 ; : →是输出函数;和 : →真正的是时候推进功能。

如上所述,一个原子模型由三组( , ,和)和四个函数()。特别是,四个原子模型的函数被称为特征函数。内部转换函数()指定的下一个状态后,系统将交通时间的推进功能()运行。处理外部输入事件,我们需要外部转换函数(),指定系统如何改变输入收到时的状态。输出函数()生成一个外部输出之前内部发生的转变。每个州年代(年代∈)都有一个关联的时间推进函数(说多长时间给定状态的体系仍然缺乏输入事件。如果一个系统有多个原子模型中,个体模型是连接形成一个耦合模型。在本文中,我们使用开发者的形式来构造一个仿真模型,该模型不仅考虑交通信号控制器的特点,而且操作环境。

3所示。交通信号控制器的任务可靠性

因为任务由多个任务,有必要考虑任务的任务可靠性可靠性评估。在本文中,我们定义了“任务可靠性”的概率正在执行一个任务在一段时间内没有失败。让T表示时间的失败任务,f(t)的概率分布函数T。在这个时候,任务时间的可靠性t可以被定义为一个设施的概率会失败后时间吗t(t> 0)和任务可靠性可以表示为 。在可靠性工程中,一个普遍使用指数分布,我们还假设 ,在参数失败率这样吗平均失效到达时间。通常的维度的失败率 。

通常,交通信号控制器是在室外操作,及其功能都受到环境条件的影响,如图2。各种环境压力(温度、盐度、振动和辐射)可能影响交通信号控制器的可靠性。本文考虑两个主要环境因素,“温度”和“盐度”任务可靠性评估的交通信号控制器。的温度,众所周知,电子元件的工作温度影响可靠性组成一个交通信号控制器。除了温度之外,有必要考虑“机载盐度”指的是大气中气体和悬浮盐含量。盐沉积在金属表面,加速金属的腐蚀。通常,机载盐度测量的沉积速率的单位毫克/米²/天。

图3显示了一个环境表包括一个交通信号控制器的操作条件。表包含六种不同的环境条件(E_ij组合三个温度条件和两个盐度条件)和相应的失败率(λ_ij)认为是通过长期的经验和观察。

任务可靠性评估,有必要建立一个模拟模型,该模型不仅考虑交通信号控制器的特点,而且操作环境。图4显示了一个开发者原子模型考虑到交通信号控制器操作条件(E_ij)的温度和盐度。这个模型有六个州(E_ij)和五个输入(T_l,T_米,T_H,年代_l,年代_H)。输入可能被解释为“传感器”监测环境条件。其中,T_l,T_米,T_H表示温度的条件:低温度、介质温度和高温。同样的,年代_l和年代_H代表盐度条件:分别低盐度和高盐度。

一旦构造仿真模型,我们需要有一个能够模拟引擎执行仿真模型。实现算法的模拟引擎可以在书中找到14,18),在网站上(https://en.wikipedia.org/wiki/DEVS)。使用开发者形式主义的一个实用的优势在于它是意识到使用模拟环境,DEVSIM + + (14),因此,我们可以模拟一个开发者模型没有实现一个模拟引擎。每个仿真实验模拟生成一个日志文件包含一个仿真的记录,这是一个序列的状态, ,在哪里 。一个状态意味着任务,(年代_我,e_我包括两种类型的信息:(1)失败率(λ_ij根据状态()E_ij),(2)国家的运行时间(t=e_我)。然后,任务可靠性 。通过这种方式,可以获得任务可靠性模拟日志文件。由于任务由多个任务,它可以被简单地乘以计算所有相关的任务可靠性。

模拟记录在图给出5。国家历史包括四个州(E₁₁,E₁₂,E₂₂,E₂₃)和相应的失败率(λ₁₁,λ₁₂,λ₂₂,λ₂₃图中可以看到3。在这个时候,我们假设没有统计连续阶段之间的依赖关系。总操作时间是20000小时(2.3年)组成的四个州的时间(5000小时E₁₁4000小时,E₁₂8000小时,E₂₂,3000小时E₂₃)。正如上面提到的,任务的可靠性 。通过使用方程,我们可以计算所有任务可靠性(R₁₁= 0.923,R₁₂= 0.923,R₂₂= 0.720,R₂₃= 0.825)。结果,任务可靠性变成0.506,如图5。通过这种方式,我们可以评估一个交通信号控制器的任务可靠性,这信息起着至关重要的作用在准备优化维护策略,最大化可用性或生命周期成本最小化。

4所示。讨论和结论

交通信号控制器直接关系到安全问题,是很重要的有一个适当的维护计划,确保车辆和行人的安全。做出一个像样的维护计划,有必要评估交通信号控制器的任务可靠性。大多数以前的研究结果的任务可靠性分析方法使用不容易处理大规模的系统,如交通信号控制器。本文结合了离散事件仿真技术来开发一个新的任务交通信号控制器的可靠性评价方法。然而,离散事件仿真领域有许多建模技术,本文采用了开发者的形式,因为三个有益的原因:(1)它的特征与面向对象建模相一致;(2)严格的正式定义;和(3)支持规范离散事件模型的层次化和模块化的方式。

交通信号控制器的仿真模型被使用开发者构建形式,它不仅考虑到交通信号控制器的特点,而且操作环境条件。本文考虑两个主要环境因素,“温度”和“盐度”任务可靠性评估的交通信号控制器。一旦构造仿真模型,它可以执行仿真实验利用开发者仿真引擎。每个仿真实验模拟生成一个日志文件包含一个模拟的记录。提出的方法计算一个交通信号控制器的任务可靠性通过使用模拟记录,这信息起着至关重要的作用在准备优化维护策略,最大化可用性或生命周期成本最小化。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持格兰特(18 ctap-c129828-02)从基础设施和运输技术推广研究项目由土地、基础设施和运输的韩国政府。