53、铁路道岔加热系统的基于模型评估的优化框架

铁路道岔加热系统的基于模型评估的优化框架

1. 相关工作概述

在节能系统的建模和评估方面，已经有多种形式化方法和工具被提出。形式化方法包括混合自动机、混合Petri网、随机活动网络（SANs）等，相关工具如Uppaal、Kronos、Möbius等。

之前，在铁路道岔加热器的能源优化问题上，Stefania Gnesi等人进行了一系列研究：
- 采用基于温度阈值的开/关能源消耗策略，最初使用Möbius和SANs对系统进行建模和分析，考虑了加热器访问能源资源的不同优先级以及一天中不同时段（较暖和较冷）的情况。
- 用Uppaal SMC和随机混合自动机对同一系统进行建模和分析，使用时态逻辑代替马尔可夫奖励模型来建模能源消耗和故障概率等指标。
- 验证能源政策的逻辑以防止不同组件之间通信出现死锁。
- 比较了两种形式化方法的优缺点。
- 推广了一种方法，将基于自动机的定性验证的能源消耗策略模型自动映射到配备有与天气条件等现象相关随机行为的随机Petri网方言，以进行定量评估。

而本次研究在铁路道岔加热问题的分析上向前迈进了不同的步伐，提出了更精确的物理模型，考虑了湿度和露点作为影响故障概率的参数，并且将通信层建模为电力线，分析了不同拓扑结构对不同加热器故障关系的影响。

在能源消耗评估方面，不同的研究采用了不同的方法：
|研究|方法|应用场景|特点|
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|[19]|结合Uppaal和Möbius的工具链|制造场景，有资源竞争、随机资源故障和提前/延迟惩罚|用于主动调度生成|
|[15]|混合Petri网|智能房屋的生存