BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FACULTY OF INFORMATION TECHNOLOGY DEPARTMENT OF INTELLIGENT SYSTEMS BACHELOR S THESIS AUTHOR

ˇ ´ UCEN Í TECHNICKE ´ V BRNE ˇ VYSOKE BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

ˇ ÍCH TECHNOLOGIÍ FAKULTA INFORMACN ´ ´ U ˚ USTAV INTELIGENTNÍCH SYSTEM FACULTY OF INFORMATION TECHNOLOGY DEPARTMENT OF INTELLIGENT SYSTEMS

ˇ ÍHO STAVEDLA ´ ˇ ˇ SIMULATOR ZELEZNI CN

ˇ ´ BAKALA´ RSK A´ PRACE BACHELOR’S THESIS

´ AUTOR PRACE AUTHOR

BRNO 2007

ˇ BEDRICH HOVORKA

ˇ ´ UCEN Í TECHNICKE ´ V BRNEˇ VYSOKE BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

ˇ ÍCH TECHNOLOGIÍ FAKULTA INFORMACN ´ ´ U ˚ USTAV INTELIGENTNÍCH SYSTEM FACULTY OF INFORMATION TECHNOLOGY DEPARTMENT OF INTELLIGENT SYSTEMS

ˇ ÍHO STAVEDLA ´ ˇ ˇ SIMULATOR ZELEZNI CN SIMULATOR OF RAILWAY INTERLOCKING

ˇ ´ BAKALA´ RSK A´ PRACE BACHELOR’S THESIS

´ AUTOR PRACE

ˇ BEDRICH HOVORKA

AUTHOR

´ VEDOUCÍ PRACE SUPERVISOR

BRNO 2007

Ing. DAVID MARTINEK

Zad´ an´ı

1. Prostudujte funkce a souˇc´ asti elektronického ˇzelezniˇcn´ıho stavˇedla pouˇz´ıvaného pro ˇr´ızen´ı provozu v ˇzelezniˇcn´ıch stanic´ıch. 2. Prostudujte simulaˇcn´ı metody pouˇzitelné pro realizaci simulátoru ˇzelezniˇcn´ı s´ıtˇe v ˇzelezniˇcn´ı stanici, zejména diskrétn´ı, spojitou a kombinovanou simulaci. Navrhnˇete vhodn´ y simulaˇcn´ı pˇr´ıstup, ˇci kombinaci pˇr´ıstup˚ u pro realizaci tohoto simulátoru. Navrhnˇete vhodn´ y form´ at dat pro reprezentaci modelu ˇzelezniˇcn´ı s´ıtˇe. 3. Navrhnˇete a implementujte vybranou ˇcást simulátoru a demonstrujte funkˇcnost na dostateˇcnˇe n´ azorném modelu. 4. Diskutujte z´ıskané v´ ysledky a dalˇs´ı moˇzné smˇery v´ yvoje.

Kategorie: Modelov´ an´ı a simulace Implementaˇ cn´ı jazyk: Java, nebo podle vlastn´ıho uváˇzen´ı Operaˇ cn´ı syst´ em: Windows, Linux Literatura: Podle pokyn˚ u vedouc´ıho Datum zad´ an´ı: 1. listopadu 2006 Datum odevzd´ an´ı: 15. kvˇetna 2007

I

Licenˇ cn´ı smlouva

Licenˇcn´ı smlouva je uloˇzena v archivu Fakulty informaˇcn´ıch technologi´ı Vysokého uˇcen´ı technického v Brnˇe.

II

Abstrakt Stavˇedlo je dispeˇcerské zaˇr´ızen´ı pro ˇr´ızen´ı dopravy. Dispeˇcer urˇcuje nastavován´ım v´ yhybek a semafor˚ u cestu vlak˚ um. V této práci se zab´ yvám návrhem a v´ ystavbou základu simulátoru takového zaˇr´ızen´ı v jazyce Java. Nastudoval jsem funkce tohoto zaˇr´ızen´ı. Zab´ yval jsem se strukturou celé aplikace a implementoval chován´ı základn´ıch prvk˚ u.

Kl´ıˇcová slova ˇzelezniˇcn´ı stavˇedlo, kombinovan´ a simulace, XML, Java, OOP

Abstract Railway interlocking is a dispatching facility for traffic control. The dispatcher controls train paths by setting switches and signals. In this thesis, I describe the design and implementation of a simple simulator of the facility in the Java language. I have studied functions of this facility. I interested with structure of whole application. And I implemented behaviour of foundamental elements.

Keywords railway interlocking, combined simulation, XML, Java, OOP

Citace Bedˇrich Hovorka: Simul´ ator ˇzelezniˇcn´ıho stavˇedla, bakaláˇrská práce, Brno, FIT VUT v Brnˇe, 2007

Simulátor ˇzelezniˇcn´ıho stavˇedla Prohláˇsen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem tuto bakal´ aˇrskou práci vypracoval samostatnˇe pod veden´ım Ing. Davida Martinka. Uvedl jsem vˇsechny literárn´ı prameny a publikace, ze kter´ ych jsem ˇcerpal. ....................... Bedˇrich Hovorka 10. kvˇetna 2007

c Bedˇrich Hovorka, 2007.

Tato pr´ ace vznikla jako ˇskoln´ı d´ılo na Vysokém uˇcen´ı technickém v Brnˇe, Fakultˇe informaˇcn´ıch technologi´ı. Pr´ ace je chr´ anˇena autorským z´ akonem a jej´ı uˇzit´ı bez udˇelen´ı opr´ avnˇen´ı autorem je nez´ akonné, s výjimkou z´ akonem definovaných pˇr´ıpad˚ u.

Obsah ´ 1 Uvod 1.1 Etapy a c´ıle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 2

2 Modelovan´ y syst´ em a existuj´ıc´ı implementace ˇ 2.1 Zelezniˇ cn´ı stavˇedlo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Existuj´ıc´ı implementace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 4 4

3 Teorie 3.1 Numerické metody . . . . . . 3.2 Modelov´ an´ı a simulace . . . . 3.2.1 Diskrétn´ı simulace . . 3.2.2 Spojit´ a simulace . . . 3.2.3 Kombinovan´ a simulace

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

6 6 7 7 8 8

4 Pouˇ zit´ e jazyky a n´ astroje 4.1 XML . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Analyz´ atory XML 4.2 Java . . . . . . . . . . . . 4.3 JDisco . . . . . . . . . . . ˇ ızen´ı simulace . . 4.3.1 R´

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

10 10 10 11 12 12

5 N´ avrh a implementace 5.1 Rozdˇelen´ı do modul˚ u – bal´ık˚ u . . . . . . . . ’ 5.2 S´ıt a datov´ y model . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Prvky s´ıtˇe . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Dynamick´ a konfigurace a cesty v s´ıti 5.2.3 Datov´ y soubor . . . . . . . . . . . . 5.3 Simulace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 Vstupnˇe-v´ ystupn´ı body – InOut . . 5.3.2 J´ızda vlaku . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Pˇr´ıklad – V´ yhybna . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

13 13 15 16 17 17 17 17 18 18

6 Z´ avˇ er 6.1 N´ amˇety na rozˇs´ıˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Zhodnocen´ı dosaˇzen´ ych v´ ysledk˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 21 23

. . . . .

. . . . .

1

Kapitola 1

´ Uvod V této bakal´ aˇrské pr´ aci jsem se zab´ yval problematikou dopravn´ı simulace. Moje pr´ ace spoˇc´ıvala v nastudov´ an´ı souˇc´ ast´ı systému, experimentován´ım s existuj´ıc´ımi implementacemi her ˇr´ızen´ı ˇzelezniˇcn´ı dopravy, nalezen´ım vhodné simulaˇcn´ı knihovny a jako hlavn´ı ˇcinnost´ı – návrhem a implementac´ı z´ akladu simulátoru. Nejprve bylo tˇreba navrhnout strukturu aplikace, vnitˇrn´ı reprezentac´ı modelu a formát dat. Poté jsem mohl s vnitˇrn´ı reprezentac´ı implementovat grafické rozhran´ı umoˇzn ˇuj´ıc´ı editaci. Dále jsem se uˇz zab´ yval pˇredevˇs´ım simulaˇcn´ım modelem. V druhé kapitole pˇredstav´ım modelovan´ y systém. Jeho chován´ı je lépe ukázat na jiˇz existuj´ıc´ıch programech. V tˇret´ı kapitole se zm´ın´ım o numerickém ˇreˇsen´ı diferenciáln´ıch rovnic. V dalˇs´ı sekci naraz´ıte na z´ akladn´ı pojmy z modelován´ı a simulace. Letmo se zm´ın´ım i o tom co to je diskrétn´ı, spojit´ a a kombinovan´ a simulace, u kombinované trochu podrobnˇeji. Ve ˇctvrté kapitole popisuji sp´ıˇse neˇz bˇeˇznˇe známé vlastnosti pouˇzit´ ych nástroj˚ u, vlastn´ı postˇrehy a pˇr´ıklady z implementace. To plat´ı hlavnˇe o sekc´ıch o Javˇe a XML. V sekci o simulaˇcn´ı knihovnˇe jDisco struˇcnˇe vysvˇetl´ım, jak se pouˇz´ıvá, aby nedoˇslo k nˇekter´ ym nedorozumˇen´ım, co jsem musel d´ ale v implementaci ˇreˇsit a co ne. Do p´ até kapitoly sem vybral, podle mého, d˚ uleˇzité myˇslenky z návrhu a popisu implementace. Do podrobnost´ı zach´ az´ım v pˇr´ıpadˇe, ˇze mi to pˇripadá nutné. Nejprve se zam´ yˇsl´ım nad celkovou strukturou aplikace. Poté pop´ıˇsu organizaci prvk˚ u v systému. Následováno popisem jak je implementov´ ana simulace. A nakonec pˇredstav´ım pˇr´ıklad demonstruj´ıc´ı, to co bylo naimplementov´ ano. V z´ avˇereˇcné kapitole projdu nˇekterá moˇzná rozˇs´ıˇren´ı, zejména ty které u ´zce navazuj´ı na souˇcasnou implementaci. Toto sekci následuje jiˇz jen zhodnocen´ı celé práce. ach Nˇekteré n´ azvoslov´ı bylo pouˇzito z [1] a existuj´ıc´ıch implementac´ı. Také názvy v obrázk´ a schématech budou vˇetˇsinou anglicky, aby odpov´ıdaly zdrojov´ ym kód˚ um. Pro pochopen´ı tohoto textu pˇredpokl´ ad´ am, ˇze ˇctenáˇr je alespoˇ n zbˇehlejˇs´ım studentem informatiky a rozum´ı pojm˚ um z diskrétn´ı a numerické matematiky, algoritm˚ u a objektové orientace. Pˇr´ıklad odkazu do zdrojov´ ych soubor˚ u: Example.

1.1

Etapy a c´ıle

Co bylo implementov´ ano pˇ red bakal´ aˇ rsk´ ym projektem Bˇehem Semestr´ aln´ıho projektu vytvoˇril prototyp objektového modelu s´ıtˇe, zejména statické vlastnosti. Na z´ akladˇe toho jsem navrhl XML formát a implementoval továrnu pro naˇc´ıt´ an´ı 2

a uklád´ an´ı. V r´ amci projektu do Modelován´ı a simulace jsem vytvoˇril kombinovan´ y model pohybu vlaku podle dané posloupnosti semafor˚ u a hran (ne v s´ıti). Do pˇredmˇetu Tvorba uˇzivatelsk´ ych rozhran´ı jsem odevzdal jednoduch´ y grafick´ y editor v´ yˇse zm´ınˇeného modelu s´ıtˇe, kter´ y zobrazuje s´ıt’ v zaˇzitém schématu obdobném tomu pouˇzitém v elektronick´ ych stavˇedlech. Vˇse jsem bˇehem bakaláˇrského projektu doplnil do následuj´ıc´ıch c´ıl˚ u:

C´ıle bakal´ aˇ rsk´ eho projektu Vytvoˇrit j´ adro pˇrenositelného programu: • na z´ akladˇe nastudovan´ ych podklad˚ u navrhnout rozˇsiˇriteln´ y systém tˇr´ıd, propojitelné komunikuj´ıc´ı moduly • Dynamické vlastnosti a chován´ı základn´ıch prvk˚ u – semafor, v´ yhybka, kolej • Pohyb a lokalizace vlak˚ u v s´ıti • Datov´ a struktura pro manipulaci z cestou, zejména stavˇen´ı cest (bez jejich ruˇsen´ı) • Vytvoˇrit pˇr´ıklad, kter´ y demonstruje funkˇcnost v´ yˇse zm´ınˇen´ ych c´ıl˚ u Vlastn´ı modelov´ an´ı dalˇs´ıch prvk˚ u a vˇsech detail˚ u systému bych pˇrenechal jako rozˇs´ıˇren´ı.

3

Kapitola 2

Modelovan´ y syst´ em a existuj´ıc´ı implementace V této kapitole budou struˇcnˇe popsány funkce modelovaného systému. Dále uvedu nˇekteré jiˇz existuj´ıc´ı aplikace. Budou zde zm´ınˇena i fakta, která je tˇreba brát v u ´vahu, i kdyˇz jejich implementace nebyla dokonˇcena.

2.1

ˇ Zelezniˇ cn´ı stavˇ edlo

ˇ Zelezniˇ cn´ı stavˇedlo je zaˇr´ızen´ı, které umoˇzn ˇuje ˇr´ıdit dopravn´ı s´ıt’ nˇejakého uzlu ˇci trat’ového u ´seku z jednoho m´ısta. Ovl´ ad´ a chován´ı nˇekolika prvk˚ u. Napˇr´ıklad nastavuje signály na semaforech a pˇrestavuje v´ yhybky. Nˇekterá dneˇsn´ı stavˇedla maj´ı poˇc´ıtaˇcové rozhran´ı a jsou ovl´ ad´ ana jedn´ım dispeˇcerem. Ten kaˇzdému vlaku vymez´ı urˇcitou cestu, tak ˇze zad´ a poˇcáteˇcn´ı a c´ılov´ y semafor. Na stavˇedlu je pak, aby naˇslo nejvhodnˇejˇs´ı neobsazenou cestu. 1. Pokud ji nenajde z d˚ uvodu obsazen´ı vˇsech moˇznost´ı uloˇz´ı poˇzadavek (dvojici – poˇcátek a c´ıl) do fronty. Pˇri uvolˇ nován´ı kolej´ı testuje moˇznost sestavit prvn´ı prvek ve frontˇe. Frontu je moˇzné editovat. 2. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe nastav´ı prvky v cestˇe Toto souvis´ı i z bezpeˇcnost´ı. Systém nesm´ı na kaˇzdé koleji dovolit v´ıce neˇz jednu vlakovou cestu1 . Jak m˚ uˇze takov´ y simul´ ator vypadat prozrad´ı následuj´ıc´ı sekce.

2.2

Existuj´ıc´ı implementace

Pro lepˇs´ı pˇredstavu jak takov´ a aplikace funguje zde popisuji nˇekteré jiˇz existuj´ıc´ı simulátory ˇr´ızen´ı ˇzelezniˇcn´ı dopravy. Sice se vesmˇes jedná o hry, ale svoj´ı koncepc´ı se bl´ıˇz´ı k trenaˇzéru reálného systému. Zachov´ avaj´ı si vˇsak jednoduchost ovládán´ı. Pouˇzil jsem je také jako prostˇredek pro anal´ yzu systému. Experimentován´ım s tˇemito programy jako metodou zpˇetného inˇzen´ yrstv´ı2 lze nastudovat strukturu a chován´ı vˇetˇsiny systému. Kaˇzd´ y má sv´ a národn´ı specifika (detaily v pravidlech ˇr´ızen´ı), vˇsak mnoho princip˚ u je spoleˇcn´ ych, které popisuji u prvn´ıho. U dalˇs´ıch zmiˇ nuji jiˇz jen rozd´ıly. 1 2

Existuj´ı i tzv. posunové, ale ty zat´ım neuvaˇzuji http://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_engineering

4

Staniˇ c´ aˇ r Tento hern´ı simul´ ator m´ a modelovat ˇceské JOP. Uˇzivatel si zvol´ı ˇcas a stanici. Stanice a vlaky je uloˇzena v 1 velkém XML souboru. Poté se mu zobraz´ı kolejiˇstˇe a seznam vlak˚ u v systému. Nyn´ı m˚ uˇze ovl´ adat jednotlivé prvky a sledovat chován´ı systému. Do kolejiˇstˇe urˇcen´ ymi m´ısty vj´ıˇzdˇej´ı vlaky (podle j´ızdn´ıho ˇrádu, generátor s exponenciáln´ım rozloˇzen´ım ´ doby mezi generov´ an´ımi). Ukolem dovést vlaky na m´ısto podle j´ızdn´ıho ˇrádu a udrˇzet plynulost dopravy. Kaˇzd´ a stanice ˇci vˇetˇs´ı systém má sv˚ uj zásobn´ık (tak je zde naz´ yvan´ a FIFO fronta) povel˚ u, kam se uloˇz´ı kdyˇz zrovna nemohou b´ yt vykonány. U kaˇzdého vlaku je moˇznost prohl´ıˇzet j´ızdn´ı ˇr´ ad (ˇcas, zastávka, ˇc´ıslo koleje). Stanice je moˇzné vytváˇret vlastn´ı v oddˇeleném editoru. D´ ale je tu i editor j´ızdn´ıch ˇrád˚ u. V souˇcasné verzi funguje tato hra pod .NET 2.0 ve Windows. Dˇr´ıvˇejˇs´ı verze byly spustitelné v dotGNU.

SimSig Tento britsk´ y simul´ ator podporuje sice v´ıce stanic, ale kaˇzdá má sv˚ uj vlastn´ı instalátor. Funkˇcnˇe je obs´ ahlejˇs´ı. Um´ı simulovat v´ ypadek elektˇriny, náhodné v´ yluky v r˚ uzn´ ych ˇcástech s´ıtˇe. a dalˇs´ı poruchy vlak˚ u a s´ıt’ov´ ych prvk˚ u. Je tu také urˇcitá m´ıra automatického ˇr´ızen´ı i v rozvˇetveném kolejiˇsti (proveden´ı j´ızdn´ıho ˇrádu). Sice urˇcená pro Windows, ale na rozd´ıl od pˇredch´ azej´ıc´ıho sem ji spustil i ve wine3 . Gordikon, Multikon, Brno S´ıt’ je nastavena napevno. Oproti ostatn´ım jsou na zaˇcátku simulace také vlaky um´ıstˇeny na kolej´ıch v s´ıti, nejenom, ˇze napˇred mus´ı vstoupit do systému zvl´ aˇstn´ım prvkem v s´ıti, coˇz je reálnˇejˇs´ı.

3

wine-0.9.36

5

Kapitola 3

Teorie V této kapitole popisuji nˇekteré teoretické základy. Pojmy jako mnoˇzina ˇci relace pˇredpokládám, ˇze ˇcten´ aˇr zn´ a.

3.1

Numerick´ e metody

K v´ ypoˇctu diferenci´ aln´ıch rovnic na ˇc´ıslicov´ ych poˇc´ıtaˇc´ıch b´ yvaj´ı nejvhodnˇejˇs´ı numerické metody, nebot’ jsou zde operace provádˇeny diskrétnˇe. Spojité v´ ypoˇcty je nutné na nˇe pˇrevést. A právˇe t´ımto pˇrevodn´ım prostˇredkem jsou numerické metody. V závislosti na pouˇzit´ı je nezbytné prozkoumat jejich vlastnosti jako je pˇresnost a stabilita ˇreˇsen´ı. Touto problemaypoˇctu (r˚ uznˇe tikou se podrobnˇeji zab´ yv´ a [10]. Zmenˇsován´ım kroku se zvyˇsuje pˇresnost v´ u r˚ uzn´ ych metod), vˇsak pˇri velmi mal´ ych kroc´ıch uˇz hraje roli nepˇresnost elementárn´ıch operac´ı ˇc´ıslicové aritmetiky. Jako pˇr´ıklad zde uv´ ad´ım jednokrokovou metodu ˇreˇsen´ı ODR z poˇcáteˇcn´ımi podm´ınkami – Runge-Kutta-Fehlberg (rovnice 3.1 - 3.7), protoˇze je dále v této práci pouˇzita. Je pátého ˇrádu a nav´ıc m˚ uˇzeme mezihodnoty kn zkombinovat na aproximaci ˇctvrtého ˇrádu (rovnice ∗ 3.8). Z té pak m˚ uˇzeme vypoˇc´ıtat odhad chyby yn+1 − yn+1 . Vyuˇzit´ı tˇechto vlastnost´ı viz azku 3.1 vid´ıme jej´ı pouˇzit´ı, kdyˇz oˇcekáváme v´ ysledek bl´ızk´ y polynomu sekce 3.2. Na obr´ druhého stupnˇe. k1 = f (xn , yn ), 1 1 k2 = f (xn + h, yn + hk1 ), 4 4 1 3 k3 = f (xn + h, yn + h(3k1 + 9k2 )), 8 32 12 1 k4 = f (xn + h, yn + h(1 932k1 − 7 200k2 + 7 296k3 )), 13 2 197 439 3 680 845 k5 = f (xn + h, yn + h( k1 − 8k2 + k3 − k4 )), 216 513 4 104 8 3 544 1 859 11 1 k6 = f (xn + h, yn + h(− k1 + 2k2 − k3 + k4 − k5 )) 2 27 2 565 4 104 40 16 6 656 28 561 9 2 yn+1 = yn + h( k1 + k3 + k4 − k5 + k6 ) 135 12 852 56 430 50 55 25 1 408 2 197 1 ∗ yn+1 = yn + h( k1 + k3 + k4 − k5 ) 216 2 565 4 104 5

6

(3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) (3.7) (3.8)

5 analytic result aprox in f (0) substep k2

0 -5 -10 -15 -20 -1

0

1

2

3

4

5

6

Obr´ azek 3.1: Demonstrace kroku metody

3.2

Modelov´ an´ı a simulace

V této sekci uv´ ad´ım z´ akladn´ı pojmy z modelován´ı a simulace. Podrobnosti v [11, 6] Syst´ em je cokoliv u ˇceho m˚ uˇzeme popsat jeho chován´ı. M˚ uˇze b´ yt reáln´ y i imaginárn´ı. Napˇr´ıklad ˇzelezniˇcn´ı s´ıt’ s vlaky a ˇr´ıd´ıc´ımi prvky. Prvek syst´ emu je element´ arn´ı, dále nedˇelitelná, ˇcást systému. Vzájemná interakce prvk˚ u urˇcuje chov´ an´ı celého systému. Napˇr´ıklad kolejov´ y odd´ıl. Zde záleˇz´ı na m´ıˇre abstrakce. Model je systém, kter´ y napodobuje vlastnosti a chován´ı p˚ uvodn´ıho systému. Modelov´ an´ı je postupné vytv´ aˇren´ı model˚ u. Z pozorován´ı a studován´ı systému vznikne konceptu´ aln´ı model, coˇz je soubor neurˇcit´ ych informac´ı (nástin). Z nˇej vytváˇr´ıme abstraktn´ı model – form´ aln´ı popis systému. A z toho pak izomorfn´ım zobrazen´ım naprogramujeme simulaˇcn´ı model. Simulace Z´ısk´ av´ an´ı nov´ ych znalost´ı o systému experimentován´ım se simulaˇcn´ım modelem. Re´ aln´ yˇ cas skuteˇcn´ y ˇcas, ve kterém bˇeˇz´ı model Modelov´ yˇ cas ˇcasov´ a osa modelu Strojov´ yˇ cas ˇcas, kter´ y byl potˇrebn´ y k v´ ypoˇctu (tj. jak dlouho byl procesor pˇrepnut do kontextu daného procesu)

3.2.1

Diskr´ etn´ı simulace

Stav vˇsech prvk˚ u je definov´ an pouze v diskrétn´ıch ˇcasov´ ych okamˇzic´ıch. Bˇehem tohoto okamˇziku je provedena atomick´ a operace zvaná událost, která tento stav m˚ uˇze zmˇenit. 7

K form´ aln´ımu popisu se pouˇz´ıv´ a ˇcasto Petriho s´ıt’. Simulace je ˇr´ızena pomoc´ı kalend´ aˇre událost´ı t´ımto jednoduch´ ym algoritmem: for event in calendar.remove_iterator : model_time = event.time event.behaviour()

3.2.2

Spojit´ a simulace

Stav kaˇzdého prvku je definov´ an v kaˇzdém okamˇziku vymezeného ˇcasového intervalu. Abstraktn´ım modelem jsou algebraické, diferenˇcn´ı ˇci diferenciáln´ı rovnice a jejich soustavy. U jednokrokov´ ych metod lze na základˇe odhadu chyby mˇenit krok a t´ım urychlit v´ ypoˇcet. a takové vlastnosti. Metoda uveden´ a v sekci 3.1 m´ #zneplatnˇ en´ ı pˇ redch´ azej´ ıc´ ıch zmˇ en (derivace=0) for variable in all_variables : variable.state_fix() #v´ ypoˇ cet zmˇ en stav˚ u z pˇ redch´ azej´ ıc´ ıch for continous in all_cont_processes : continous.derivatives() integrate() #krok numerick´ e metody s posunem modelov´ eho ˇ casu

3.2.3

Kombinovan´ a simulace

ˇ ızen´ı simulace mus´ı pˇri v´ Systém obsahuje spojité i diskrétn´ı prvky. R´ ypoˇctu spojit´ ych stav˚ u mˇenit krok, aby dokroˇcila k naplánované diskrétn´ı události. Dále mus´ı detekovat stavové podm´ınky a napl´ anovat proveden´ı události k podm´ınce pˇriˇrazené. Z numerick´ ych metod jsou proto vhodné jednokrokové, protoˇze u nich záleˇz´ı jen na pˇredchoz´ım v´ ysledku. Petriho s´ıt’ pˇ ri vytv´ aˇ ren´ı kombinovan´ eho modelu Bˇehem n´ avrhu aplikace jsem pouˇzil Petriho s´ıt´ı k pˇrehlednému vyjádˇren´ı proces˚ u. Takto jsem si lépe pˇredstavil pr˚ ubˇeh simulace a jak ho mám vyjádˇrit v programovac´ım jazyce. Vesmˇes se jednalo o C/E s´ıtˇe, tj. m´ısto, zde zvané podm´ınka, obsahuje maximálnˇe jednu znaˇcku a pˇrechod, zde naz´ yvan´ y událost, je provediteln´ y v pˇr´ıpadˇe, ˇze vˇsechny podm´ınky pˇred n´ım plat´ı a podm´ınky za n´ım neplat´ı. V závislosti na lepˇs´ım vyjádˇren´ı jsem pˇrechody prohlásil bud’ za ud´ alosti reaguj´ıc´ı na stavovou podm´ınku, která ruˇs´ı platnost znaˇcky pˇred n´ı, nebo za spojit´ y proces a m´ısto za n´ım je stavová podm´ınka, na kterou ˇceká následuj´ıc´ı událost. Mimo jiné jsem je také mohl ovˇeˇrit pomoc´ı nástroje CESim (viz [8]), pokud se s´ıt’ dala vyj´ adˇrit, aniˇz by to bylo na u ´kor pˇrehlednosti. Napˇr´ıklad s´ıt’ na obrázku 6.1 je t´ımto nástrojem ovˇeˇren´ a. V s´ıti na obr´ azku 3.2 se nav´ıc nacházej´ı extern´ı podm´ınky a priorita. Proces se vrac´ı do stejného stavu – tj. je pˇred n´ avˇestidlem , kdyˇz vlak dojede k dalˇs´ımu návˇestidlu nebo zmˇenou sign´ alu skonˇcilo ˇcek´ an´ı pˇred n´ım. Podm´ınky red“ a allowing signal“ pˇredstavuj´ı ” ” stav tohoto n´ avˇestidla a samozˇrejmˇe vˇzdy1 plat´ı právˇe jedna z nich. Podm´ınkou v ≤ 0, ” next red“ a prioritou oˇsetˇruji moˇznost zastaven´ı na konci následuj´ıc´ıho bloku, kterému pˇrecházelo rozjet´ı na jeho zaˇc´ atku. 1

v kaˇzdém diskrétn´ım okamˇziku stavu procesu

8

Obr´ azek 3.2: Petriho s´ıt’ ˇr´ızen´ı vlaku podle signál˚ u na semaforech

9

Kapitola 4

Pouˇ zit´ e jazyky a n´ astroje Tato kapitola popisuje jazyky resp. nástroje, které jsem pouˇzil ve své práci. S Javou a XML sem se sezn´ amil jiˇz dˇr´ıve, proto nechci zacházet do podrobnost´ı. Uvád´ım zde hlavnˇe rysy jazyk˚ u resp. n´ astroj˚ u t´ ykaj´ıc´ı se této práce jako zd˚ uvodnˇen´ı, proˇc sem tyto jazyky ˇci nástroje pouˇzil a pˇr´ıpadnˇe pro co byly v mé v mé práci nevhodné.

4.1

XML

XML je standardizovan´ y znaˇckovac´ı jazyk pro ukládán´ı r˚ uzn´ ych typ˚ u dat. Rozˇsiˇruje text o znaˇcky, zvané tagy, ty jsou uzavˇreny do < >, maj´ı název a mohou m´ıt nˇekolik atribut˚ u. Tagy jsou poˇc´ ateˇcn´ı (zaˇc´ınaj´ı <), koncové (zaˇc´ınaj´ı < /) nebo “obojetné” (poˇcáteˇcn´ı s / pˇred >). Vyuˇz´ıv´ a v r˚ uzn´ ych oblastech, jako napˇr´ıklad webové stránky, vektorová grafika, katastr nemovitost´ı, serializace objekt˚ u (v JavaBeans), a samozˇrejmˇe také pro uklád´ an´ı model˚ u v M&S (napˇr. Ptolemy II.). XML definuje obecnou syntaxi, ve které je moˇzné vytváˇret vlastn´ı znaˇcky. Vnitˇrn´ı reprezentaci pˇredstavuje n-´ arn´ı strom r˚ uzn´ ych typ˚ u uzl˚ u jako element, atribut, text atd. Data tedy mohou b´ yt rozm´ıstˇena hierarchicky podle logick´ ych vazeb. Snadno se rozˇsiˇruje a podporov´ an mnoho jazyky, coˇz umoˇzn ˇuje vytváˇren´ı datov´ ych formát˚ u postupnˇe prototypován´ım. D´ıky jmenn´ ym prostor˚ um lze do dokumentu jednoho typu vloˇzit ˇcást jiného (tˇreba jiˇz existuj´ıc´ıho). Napˇr´ıklad do popisu dopravn´ı s´ıtˇe, jeˇz pˇredstavuje hlavnˇe topologii, lze pˇridat ke kaˇzdé cestˇe jej´ı geometrické vlastnosti pomoc´ı extern´ıho vektorového grafického formátu. Pro strojovou v´ ymˇenu dat je to v´ yborn´ y jazyk, vˇsak pro ruˇcn´ı zápis, ˇci dokonce ˇ programov´ an´ı (napˇr. XSLT) se mi zdá nevhodn´ y. Casto je vhodné jej pˇred odeslán´ım pˇres s´ıt’ zkomprimovat, nebot’ se zde projevuje nev´ yhoda tohoto typu znaˇckován´ı – opakovan´ a informace nav´ıc.

4.1.1

Analyz´ atory XML

Validace dokument˚ u Lexik´ aln´ı a syntaktická pravidla jsou stejná pro vˇsechna XML. ˇ asteˇcnˇe mu mohou b´ Tv˚ urce XML aplikace urˇcuje aˇz sémantiku. C´ yt nápomocny následuj´ıc´ı definiˇcn´ı n´ astroje. Pro urˇcen´ı jak má vypadat tzv. spr´ avnˇe formulovaný dokument v XML slouˇz´ı Definice typu dokumentu (DTD), kde se urˇc´ı metadata – co m˚ uˇze dokument obsahovat za tagy, jaké maj´ı atributy a co mohou obsahovat, ale jen na u ´rovni prvk˚ u XML, chyb´ı napˇr´ıklad typov´ a kontrola atribut˚ u ap. Tud´ıˇz DTD nestaˇcilo a muselo vzniknout XML Schema [2], coˇz je XML aplikace popisuj´ıc´ı nav´ıc také objektové vazby mezi znaˇckami.

10

Pro zvolen´ı XML jako datového formátu hovoˇr´ı také to, ˇze jiˇz existuj´ı analyzátory pro r˚ uzné jazyky Postaraj´ı se o lexik´ aln´ı a syntaktickou anal´ yzu podle obecné XML gramatiky a pˇr´ıpadnˇe provedou validaci. Existuj´ı dva hlavn´ı – SAX a DOM. SAX procház´ı dokumentem a vol´ a metody zaregistrovaného Handleru, kdyˇz naraz´ı na zaˇcátek ˇci konec elementu. Bˇehem tohoto pr˚ uchodu m˚ uˇze b´ yt provedena i validace. Pˇri anal´ yze DOM se pouˇzije SAX k pˇrevodu textu na standardizovanou vnitˇrn´ı podobu dokumentu (strom). Proto se pouˇz´ıv´ a sp´ıˇse v programech, které potˇrebuj´ı náhodn´ y pˇr´ıstup k r˚ uzn´ ym u ´rovn´ım dokumentu, jako jsou editory a prohl´ıˇzeˇce. Avˇsak má-li aplikace vlastn´ı lepˇs´ı vnitˇrn´ı reprezentaci dat ˇci je tˇreba prov´ adˇet dlouhé sekvenˇcn´ı transformace, je vhodnˇejˇs´ı SAX. V´ıce o XML v [5]

4.2

Java

Java je obecn´ y objektovˇe-orientovan´ y programovac´ı jazyk. Jeho hlavn´ı v´ yhodou je, ˇze se spouˇst´ı v prostˇred´ı virtu´ aln´ıho stroje, jehoˇz implementace je dostupná pro mnoho beˇzn´ ych operaˇcn´ıch systém˚ u. Takˇze umoˇzn ˇuje vyváˇret pˇrenositelné spustitelné soubory. Vybral jsem jej, ˇze s t´ımto jazykem m´ am nejv´ıc zkuˇsenost´ı. K implementaci jsem nakonec zvolil verzi 6 Standard Edition. Existuje i pˇrekladaˇc v GCC je vˇsak s nejnovˇejˇs´ı oficiáln´ı verz´ı nekompatibiln´ı. Nav´ıc od verze 7 by mˇela b´ yt otevˇrená jiˇz i oficiáln´ı verze (viz projekt OpenJava). Existuje mnoho publikac´ı – napˇr. [9, 12]. Java od svého vzniku proˇsla ˇradou inovac´ı, leccos bylo doplnˇeno a nˇekteré knihovn´ı tˇr´ıdy jsou zavrˇzené. Proto nˇekteré informace ve starˇs´ı y ps´ at literatuˇre jsou zastaralé. Nejspolehlivˇejˇs´ım zdrojem je tedy [3]. V Javˇe jsem zvykl´ kód tak, ˇze n´ azvy promˇenn´ ych a metod samy o sobˇe komentuj´ı. Kontejnery (Kolekce) Jsou obdobou STL z C++ a slouˇz´ı k ukládán´ı pˇredem nedefinovaného mnoˇzstv´ı dat. V Javˇe jsou to objekty, tedy sami mohou b´ yt prvky jiné kolekce. Napˇr´ıklad Map slouˇz´ı k vytv´ aˇren´ı zobrazen´ı objektu na objekt, ˇc´ımˇz sniˇzuje vytváˇren´ı referenc´ı pˇr´ımo v objektech a tedy i z´ avislost kódu jedné tˇr´ıdy na jinou. Problematika kontejner˚ u je v´ıce rozvedena v [7], avˇsak pˇri pouˇzit´ı Javy 5 je tˇreba brát zˇretel na to, ˇze kontejnery jsou parametrizované. Skl´ ad´ an´ım kolekc´ı jsem vytvoˇril vlastn´ı datové struktury. Pˇredevˇs´ım jsem doplnil nebo zcela definoval rozhran´ı a implementoval neoptimalizované prototypy. Z nich se mohou vyvinout u ´loˇziˇstˇe pˇr´ımo na m´ıru, vˇsak si stále mohou zachovat urˇcitou m´ıru obecnosti. Napˇr´ıklad Array2DMap v rychlosti je srovnatelná s TreeMap, ale nejˇcastˇeji volanou je právˇe vybr´ an´ı poloˇzky a prov´ ad´ı se za kritick´ ych v´ ypoˇct˚ u. Zde ˇslo hlavnˇe o to minimalizovat vytváˇren´ı kl´ıˇcov´ ych objekt˚ u dvojic´ı cel´ ych ˇc´ısel a pˇritom zachovat kompatibilitu z Map. V´ yhody a nev´ yhody Svou syntax´ı v´ıce inklinuje k obecn´ ym jazyk˚ um (C, C++), pˇresto mnoˇzstv´ım standardn´ıch knihoven dohán´ı mnoh´ y skriptovac´ı jazyk. Pˇr´ısná statická typová kontrola m˚ uˇze na prvn´ı pohled zdrˇzovat v´ yvoj, ale pˇri správném návrhu a pouˇzit´ı vhodn´ ych editor˚ u naopak zrychluje odladˇen´ı, protoˇze se m˚ uˇzu soustˇredit hlavnˇe na logické chyby v k´ odu. Co vˇsak narozd´ıl od skriptovac´ıch jazyk˚ u postrádá je podpora funkcionáln´ıho programov´ an´ı. Pro modelov´ an´ı komplexn´ıch systém˚ u se strukturami s rekurzivn´ı agregac´ı (napˇr. cesta, kter´ a je podtˇr´ıdou dráhy, rozsekaná na ˇcásti, které jsou také podtˇr´ıdami dráhy) je pro urˇcen´ı zpr´ avy pos´ılané vˇsem ˇcástem z cesty bych radˇeji implementoval pomoc´ı delegace a referenc´ı na metody. Zde totiˇz m˚ uˇze vzniknout ne´ umˇerné mnoˇzstv´ı podobného (rozkop´ırovaného k´ odu), coˇz jsem ˇcásteˇcnˇe vyˇreˇsil pomoc´ı reflexe, ale toto ˇreˇsen´ı je neefektivn´ı, protoˇze se mus´ı nalézt metoda podle ˇretˇezce se jménem a ty ˇretˇezce evidovat“ ” nav´ıc.

11

4.3

JDisco

Implementovat simulaˇcn´ı rutiny a nav´ıc jeˇstˇe kód modelu je dlouhodobˇejˇs´ı záleˇzitost. Existuje spoustu simulaˇcn´ıch knihoven1 , povˇetˇsinou jsou vˇsak pouze diskrétn´ı. Tyto knihovny bych mohl o kombinovanou simulaci rozˇs´ıˇrit. Ale proˇc, kdyˇz existuje jiˇz hotová, celkem snadno pouˇziteln´ a knihovna. Nav´ıc se obávám, ˇze by tato implementace sama o sobˇe vydala minim´ alnˇe na jeden samostatn´ y projekt. Dalˇs´ı moˇznost´ı je spojen´ı pˇres nativn´ı metody s knihovnou v jiném jazyce (napˇr. SIMLIB). To je také ˇcasovˇe nároˇcné. ych tˇr´ıd pro popis a simulaci kombinovan´ ych model˚ u. Byla JDisco – [6] je bal´ık javov´ vyvinuta na Roskilde University v Dánsku. Existuj´ı zde dva typy proces˚ u: diskrétn´ı a spojitý (jak bylo ˇreˇceno v 3.2). Mezi naplánovan´ ymi diskrétn´ımi procesy jsou neaktivn´ı fáze,ve kter´ ych mohou b´ yt aktivn´ı spojité. Pro popis spojit´ ych promˇenn´ ych slouˇz´ı tˇr´ıda jDisco.Variable. Ta m´ a dva hlavn´ı atributy: okamˇzitou hodnotu – state a okamˇzitou derivaci – rate. Spojité procesy vytvoˇr´ım zdˇedˇen´ım od jDisco.Continuous a povinnou implementac´ı metody derivatives, ve které se pop´ıˇs´ı vztahy mezi promˇenn´ ymi. Obˇe tyto tˇr´ıdy maj´ı metody start a stop, jimiˇz m˚ uˇzu urˇcit, kdy má bˇeˇzet spojit´ y v´ ypoˇcet jejich zavolán´ım v popisu ud´ alosti. Jinak ˇreˇceno lze takto definovat intervaly spojitosti proces˚ u ˇci promˇenn´ ych. Zdˇedˇen´ım od jDisco.Process a implementován´ım metody actions vznikne diskrétn´ı proces. Implementac´ı rozhran´ı jDisco.Condition vytvoˇr´ım stavovou podm´ınku na kterou bude proces ˇcekat ve volan´ı metody waitUntil. Dále bal´ık obsahuje dalˇs´ı tˇr´ıdy pro zjednoduˇsen´ı popisu modelu, také nˇekolik numerick´ ych metod (r˚ uzné Monitory). Nebudu 2 zde dˇelat jejich v´ yˇcet. Dokumentaci této knihovny sem pˇridal k programové dokumentaci své práce. V´ıce tedy tam.

4.3.1

ˇ ızen´ı simulace R´

Simulace je ˇr´ızena na pozad´ı zvolen´ ym Monitorem, kter´ y je zodpovˇedn´ y za to, ˇze se: 1. stav modelu mˇen´ı spojitˇe mezi událostmi 2. diskrétn´ı ud´ alosti provedou ve správn´ y ˇcas 3. provede sbˇer informac´ı o chován´ı modelu Spojité procesy pracuj´ı paralelnˇe a jsou synchronizovány s diskrétn´ımi, které jsou pomoc´ı kalend´ aˇre prov´ adˇeny kvaziparalelnˇe. V jednom okamˇziku simulace bˇeˇz´ı tedy bud’ jeden diskrétn´ı proces nebo Monitor ˇr´ıd´ı v´ ypoˇcet nˇekolika spojit´ ych. Proces je javové vlákno vzdávaj´ıc´ı se procesoru tˇesnˇe pˇred zavolán´ım Object.wait na sebe, zavolá Object.notify procesu n´ asleduj´ıc´ım v kalend´ aˇri.

1 2

SimPack, JDEVS, pak nˇekolik stejnojmenn´ ych JSim˚ u a JavaSim˚ u resp. se vygeneruje s programovou dokumentac´ı

12

Kapitola 5

N´ avrh a implementace Tato kapitola je zamˇeˇrena na struˇcn´ y popis implementovan´ ych souˇcást´ı. Podrobnosti obsahuje programov´ a dokumentace a zdrojové soubory. Nejprve je popsána celková struktura zdrojov´ ych k´ od˚ u a poté rozvedeny jednotlivé souˇcásti, pˇredevˇs´ım ty nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ı.

5.1

Rozdˇ elen´ı do modul˚ u – bal´ık˚ u

´ Uplnˇ e nejprve je tˇreba si uvˇedomit a m´ıt na pamˇeti celkovou strukturu aplikace, i kdyˇz z n´ı zat´ım budou implementov´ any nˇekteré ˇcásti. Mohlo by se stát, ˇze nˇeco naimplementuji ujde spojit. Na obrázku 5.1 jsou ve vyˇsˇs´ı a pak to budu pracnˇe pˇredˇel´ avat1 , protoˇze to nep˚ abstrakci zn´ azornˇeny z´ akladn´ı funkˇcn´ı moduly aplikace a komunikaci mezi nimy, tak jak jsem pˇredpokl´ adal na zaˇc´ atku n´ avrhu. Program má pracovat ve dvou módech: editace a simulace. Zde jsem se rozhodl, ˇze bude lepˇs´ı vytvoˇrit si obálku pro pˇr´ıstup k datovému modelu. M´ ody maj´ı spoleˇcné operace, ale také ty, které jsou moˇzné jen v tom urˇcitém módu. Toto tedy zapouzdˇruje rozhran´ı2 Context a jeho podrozhran´ı. Jeho zat´ım jediná implementace DefaultContext na prvn´ı pohled vypadá jako jako vˇsevˇedouc´ı tˇr´ıda ˇci jako odkladna neum´ıstiteln´ ych funkˇcnost´ı. Faktem ale je, ˇze jsou zde vˇetˇsinou soustˇredˇeny metody, propojuj´ıc´ı r˚ uzné ˇc´ asti programu. Pro základ projektu vˇsak nepotˇrebuji m´ıt zat´ım dvˇe r˚ uzné implementace, postaˇc´ı db´ at na oddˇelován´ı pomoc´ı rozhran´ı. Ale umoˇzn ˇuje to, ˇze simulaˇcn´ı kontext nebude jen v pamˇeti, ale m˚ uˇze b´ yt sd´ılen mezi aplikacemi napˇr´ıklad po s´ıti nebo v datab´ azi. Mezi moduly (bal´ıky) vznikaj´ı závislosti, tj. kód jednoho bal´ıku se odkazuje na jin´ y. Zvláˇst’ nepˇr´ıjemné jsou cyklické, které nejsou znakem dobrého návrhu, pokud vznikaj´ı neˇr´ızenˇe ve velkém mnoˇzstv´ı. Je-li snaha vytváˇret moduly co nejv´ıc nezávislé, bude k´ od znovupouˇzitelnˇejˇs´ı. Na obr´ azku 5.2 jsou znázornˇeny stanovené závislosti modul˚ u v souˇcasné implementaci. Pˇredpokl´ ad´ am, ˇze ˇctenáˇri z toho vyplynou i tranzitivn´ı. Této zásady jsem drˇzel aˇz na nˇejaké v´ yjimky, zanˇeˇz v budoucnu pravdˇepodobnˇe zaplat´ım. Zpˇetná závislost dat na kontextu je ale ˇreˇsena pˇres rozhran´ı. Nav´ıc tˇreba tˇr´ıda AbstractPath je sp´ıˇse základem pro bal´ık ˇr´ızen´ı. Vˇsechny bal´ıky z obr´ azku 5.2 jsou také závislé na bal´ıku util, ten uˇz je závisl´ y jen na standardn´ıch knihovn´ ach. Zejména na kolekc´ıch, které rozˇsiˇruje o dalˇs´ı potˇrebné datové 1

bˇehem n´ avrhu nelze m´ıt na mysli vˇsechny detaily, obzvl´ aˇst’ tam kde se mˇen´ı poˇzadavky – tak se sem tam provede menˇs´ı pˇredˇel´ avka 2 Java interfaces – v sekci 4.2

13

GUI / dispatcher high level commands commands

control low level commands

editing state

simulation

structure changes state changes inner model Obr´ azek 5.1: Základn´ı struktura aplikace a tok dat

objects

sim

context

gui

xml

Obr´ azek 5.2: Graf bezprostˇredn´ıch závislost´ı bal´ık˚ u

14

struktury, jako napˇr´ıklad neorientovan´ y graf. O tˇechto strukturách v´ıce na stranˇe 11. V n´ asleduj´ıc´ıch podkapitol´ ach pop´ıˇsi dalˇs´ı bal´ıky jednotlivˇe.

5.2

S´ıt’ a datov´ y model

ˇ asteˇcnˇe jsem se inspiroval také V této sekci je bl´ıˇze pops´ ana vnitˇrn´ı reprezentace s´ıtˇe. [13] C´ v [4]. Z pohledu dispeˇcera je to neorientovan´ y graf G = (U, H). Ke kaˇzdé dvojici objekt˚ u (uzel1, uzel2) kde uzel1 6= uzel2 je pˇriˇrazen maximálnˇe jeden objekt hrany. Tento graf (pˇredevˇs´ım jeho uzly) je um´ıstˇen ve dvourozmˇerném prostoru s celoˇc´ıseln´ ymi indexy. Tento prostor je jak´ ysi pseudorastr – matice objekt˚ u. Hrana je rozdˇelena na ˇcásti a ty vyplˇ nuj´ı 3 nce se samozˇrejmˇe m˚ uˇze nacházet nejv´ yˇse volné buˇ nky na pˇr´ımce mezi nimy. V kaˇzdé buˇ jeden objekt. Uzly jsou na hrany propojeny pomoc´ı urˇcen´ı okol´ı buˇ nky (pˇri editaci je nalezena), které zapouzdˇruje v´ yˇctov´ y typ Cell.Segment. Kaˇzdá buˇ nka má mnoˇzinu seg4 ment˚ u , a pouze do tohoto okol´ı lze ke kaˇzdé dvojici (segment, uzel) lze pˇripojit maximálnˇe jednu hranu. Z pohledu vlaku se blok, pˇredstavovan´ y hranou, m˚ uˇze skládat z v´ıce odd´ıl˚ u, mezi nimiˇz jsou dispeˇcerem neovlivnitelná (automatická) návˇestidla. Dále existuje tzv. TrackFacility – je to nejmenˇs´ı i v´ıce-odd´ılová jednotka, ve které se m˚ uˇze nacházet uˇze vyvolat maxim´ alnˇe jeden vlak. Na obr´ azku 5.3 jsou znázornˇeny stavy koleje a co m˚

reserved

command

train command

free

occupied train ˇ Obr´ azek 5.3: Zivotn´ ı cyklus TrackFacility

jejich pˇrechod. Tyto stavy jsou diskrétn´ı a vyjádˇril jsem je pomoc´ı v´ yˇctového typu. Mˇelo by b´ yt jasné, ˇze vlak m˚ uˇze vjet pouze na rezervovanou kolej, také ˇze rezervovat nelze pokud jiˇz je rezervovan´ a ˇci obsazen´ a. Rezervuje ji pˇr´ıkaz dispeˇcera a obsazuje resp. uvolˇ nuje vlak. 3 4

Bresenham˚ uv algoritmus slouˇz´ı i k vykreslov´ an´ı

15

5.2.1

Prvky s´ıtˇ e

• Uzly: NodeCell – pˇredpokl´ adám, ˇze v kaˇzdém uzlu je ˇcidlo, ovlivˇ nuj´ıc´ı obsazen´ı napojen´ ych hran. Jeho ˇcinnost je simulována j´ızdou vlaku (viz 5.3.2) Kromˇe v´ yhybky jsou n´ asleduj´ıc´ı uzly orientované. V´ yhybka je nastavena bud’ na hlavn´ı smˇer nebo do odboˇcky Hlavn´ı n´ avˇ est mˇen´ıc´ı se signál Vstupnˇ e-v´ ystupn´ı bod pˇredstavuje extern´ı kolejov´ y systém. Nebo m˚ uˇzou b´ yt jako rozˇs´ıˇren´ı propojeny dva uvnitˇr modelu bez simulaˇcn´ıho Workeru – podpora mimo´ urovˇ nov´ ych kˇr´ıˇzen´ı.

i f t n e r a c e « » k T i+ (dhES)n(e)dtup()T F rcgisaeSnteU s eScepPlFPoaraotnthm fu tD erq ace» + «in i f t+ t n e r a c e « » k i l F t r a c y ( ) S t t g e a e + l+ h ( ) n g d ( ) S m a p e x d ( ) e n s i f t n e r a c e « » h t P i f t n e r a c e « » h h ( ) S L P t+ t t g e a s a e m a p o r e i f t n e r a c e k l k « » B r a c o T d ( ) S m p e x k i S t r a c o n T k i ( ) S N T t t t h P t g e e r a c e c o n x r+ e r s a v + ( ) t e n e r i l ( ) I E t iequLalsW F t+ t()ithElem s n r e m e n g + l a v i ( ) J t g e o n + t g e d ( ) S (ents) m axpe +TrackBlock() Zakonˇ cen´ı koleje konstantn´ı návˇest St˚ uj“ ” • Hrany: TrackBlock Obr´ azek 5.4 znázorˇ nuje odvozen´ı bloku od dráhy. Jednu z moˇzn´ ych hran pˇredstavuje jednoduchá kolej SimpleTrackBlock. Je to TrackFacility s jedn´ım odd´ılem. Dalˇs´ımi hranami mohou b´ yt mezistaniˇcn´ı u ´seky: Automatick´ y blok m´ a v´ıce odd´ıl˚ u – viz strana 21

Poloautomatick´ y blok facility, 1 hlavn´ı odd´ıl + 2 pˇredstaniˇcn´ı

Obr´ azek 5.4: Diagram odvozenin dráhy

16

5.2.2

Dynamick´ a konfigurace a cesty v s´ıti

Rezervované koleje a dovoluj´ıc´ı signály pˇredstavuj´ı jednu ˇci v´ıce tzv. postaven´ ych vlakov´ ych ” cest“. Tato cesta se j´ızdou vlaku postupnˇe rozpadá a m˚ uˇze se za urˇcit´ ych podm´ınek mˇenit. Formálnˇe je to cesta z teorie graf˚ u tj. posloupnost uzl˚ u a neobsazen´ ych hran, ale s ohledem na konfiguraci prvk˚ u – konkrétnˇeji: • poˇc´ ateˇcn´ı a koncov´ y uzel je návˇestidlo ve smˇeru cesty ˇci vstupnˇe-v´ ystupn´ı bod • v´ yhybky propojuj´ı hrany (oba sousedy z posloupnosti) • n´ avˇestidla ve smˇeru mus´ı dovolovat j´ızdu, aˇz na posledn´ı, které ji zakazuje • protismˇern´ a n´ avˇestidla: hlavn´ı zakazuj´ı (dále v nedoimplementovn´ ych – odd´ılová jsou vypnut´ a a na pˇredzvˇesti nemá cesta vliv) Tato funkˇcnost5 je implementov´ ana v AbstractPath. Na obrázku 5.4 je také znázornˇena návaznost cesty na dr´ ahu.

5.2.3

Datov´ y soubor

Pro ukl´ ad´ an´ı a naˇc´ıt´ an´ı dat jsem navrhl tzv. ContextFactory. Zvolil jsem XML s validac´ı y datov´ y formát je v základn´ı podobˇe a pˇredstavuje pomoc´ı XML Schema (viz 4.1). Souˇcasn´ skládán´ı prvk˚ u s´ıtˇe na nejniˇzˇs´ı uˇzivatelem upravitelné u ´rovni. Pˇredstavuje statick´ y popis s´ıtˇe stanice. Jednotivé uzly a hrany jsou obyˇcejnˇe vyjmenovány jako podelementy koˇrenového elementu. K rozliˇsen´ı typ˚ u prvk˚ u pouˇz´ıvám mj. v´ yˇctové typy. Nejenˇze ˇsetˇr´ı m´ısto a jsou jednoduˇse rozˇsiˇritelné, ale snadno se i naˇc´ıtaj´ı a zapisuj´ı.

5.3

Simulace

Tato sekce popisuje pr˚ ubˇeh simulace – neformáln´ım popisem a pomoc´ı vybran´ ych abstraktn´ıch model˚ u nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch proces˚ u. Proˇ c kombinovan´ a simulace? Poloha vlaku se d´ a pojmout jak diskrétnˇe - tj. které kolejové obvody obsazuje. Také je vˇsak tˇreba zn´ at jeho pˇresnˇejˇs´ı polohu, rychlost a zrychlen´ı v kaˇzdém okamˇziku. M´ıra pˇresnosti je nastaviteln´ a. Umoˇzn ˇuje v´ıce moˇznost´ı a lépe se mˇen´ı. Napˇr´ıklad lze zmˇenit rovnici v popisu pohybu.

5.3.1

Vstupnˇ e-v´ ystupn´ı body – InOut

Pˇredstavuje vstup a v´ ystup do kolejiˇstˇe. Jeho chován´ı, jehoˇz základem je fronta vlak˚ u, popisuje InOutWorker. V jednoduch´ ych modelech lze do n´ı vkládat pˇr´ımo generátorem, ve sloˇzitˇejˇs´ıch to mus´ı provést vyˇsˇs´ı ˇr´ıd´ıc´ı logika – dispeˇcer. Sám o sobˇe um´ı povolit cestu k nejbliˇzˇs´ımu n´ avˇestidlu orientovanému ve smˇeru j´ızdy, pokud v´ yhybky k nˇejakému cestu propojuj´ı6 a z´ aroveˇ n je nˇejak´ y vlak ve frontˇe a zároveˇ n jsou na n´ı volné vˇsechny koleje. V budoucnosti m˚ uˇze pˇredstavovat pˇripojen´ı extern´ıho kolejiˇstˇe. Momentálnˇe uvaˇzuji modely o dvou InOut. Kdyˇz propoj´ım pouze dva tyto InOut jednou kolej´ı, rozpoutá se mezi nimi 5 6

pracuj´ıc´ı s hlavn´ımi n´ avˇestidly, protoˇze ostatn´ı jsou uvnitˇr bloku zde se je moˇzné vstup odclonit

17

o tu kolej konkurenˇcn´ı boj. Kdo dˇr´ıv pˇrijde na ˇradu, m˚ uˇze vpustit vlak do systému. Nem˚ uˇze se vˇsak st´ at, ˇze to provedou oba najednou nebo pust´ı vlaky proti sobˇe.

5.3.2

J´ızda vlaku

Vlak ˇcek´ a ve frontˇe vstupnˇe-v´ ystupn´ıho bodu na povolen´ı k j´ızdˇe. Po jeho z´ıskán´ı se spust´ı podproces Train.Front, kter´ y pˇri tom, kdyˇz naraz´ı na uzel (PathSeparator), pˇr´ıpadnˇe zmˇen´ı parametry podle nˇej a obsad´ı odd´ıl pˇred n´ım. Aˇz vyjede vlak cel´ y spust´ı se Train.Tail. Ten pˇri pr˚ ujezdu kaˇzd´ ym uzlem uvoln´ı odd´ıl za n´ım. Kaˇzdé n´ avˇestidlo poskytuje informaci o povolené rychlosti za n´ım a o signálu na n´ asleduj´ıc´ım n´ avˇestidle, pokud ovˇsem nesv´ıt´ı signál St˚ uj“. V tomto pˇr´ıpadˇe by mˇel vlak ” dobrzdit pˇred n´ım a ˇcekat na signál umoˇzn ˇuj´ıc´ı j´ızdu. Pro zjednoduˇsen´ı pˇredpokládám, ˇze stav návˇestidel m˚ uˇze b´ yt zjiˇst’ov´ an pouze v diskrétn´ım stavu, kdyˇz vlak dojede k návˇestidlu, protoˇze stanovit, kdy m˚ uˇze zaregistrovat zmˇenu signálu je v reálu neurˇcité narozd´ıl od programu. Pˇri pr˚ ujezdu kolem n´ avˇestidla zaˇc´ıná mˇenit rychlost v závislosti na signálu. Tzv. rozjezd ” na v´ ystrahu“, kdy se vlak u prvn´ıho návˇestidla zaˇc´ıná rozj´ıˇzdˇet a pˇred následuj´ıc´ım zastav´ı, je oˇsetˇrena zvl´ aˇst’. Podprocesy konˇc´ı v koncov´ ych vstupnˇe-v´ ystupn´ıch bodech InOut. Zde jsem zjednoduˇsil model pˇredpokladem, ˇze nejvˇetˇs´ı délka vlaku mus´ı b´ yt pˇreci menˇs´ı neˇz nejmenˇs´ı moˇzn´ a délka kolejového bloku mezi dvˇema InOut. Takovéhle podobné okrajové pˇr´ıpady nem´ a cenu jinak oˇsetˇrovat, neˇz prohlásit model za chybn´ y. Detekce této chyby vyˇzaduje hled´ an´ı minim´ aln´ıch cest. Form´ alnˇe je to kombinovan´ y proces (viz sekce 3.2.3). Diskrétn´ı ˇcást ˇceká na stavové podm´ınky dojezdu k semaforu a nastavuje zrychlen´ı. Tuto interakci popisuje Petriho s´ıt’ na obrázku 3.2, ta slouˇz´ı vˇsak jen pro názornost. Simulace nen´ı implementována pˇr´ımo pomoc´ı PS. Zvolil jsem jednouch´ y spojit´ y model, protoˇze je zhlediska odladˇen´ı diskrétn´ıch interakc´ı pˇredv´ıdatelnˇejˇs´ı. Z´ akladn´ı pohybové rovnice 5.1 a 5.2 pro zrychlen´ı a, rychlost v a dráhu s: Z v

=

s

=

a dt

(5.1)

v dt

(5.2)

Z

V´ ypoˇcet zrychlen´ı a v rovnici 5.3 z poˇcáteˇcn´ı rychlosti v0 , c´ılové rychlosti v1 a dráhy s pro zrychlov´ an´ı: ∆v = v1 − v0 ∆v(v1 + v0 ) a = 2s

5.4

(5.3)

Pˇ r´ıklad – V´ yhybna

Pro lepˇs´ı demonstraci jak funguje simulaˇcn´ı model jsem vytvoˇril v´ yhybnu“ ˇr´ızenou na ” základˇe jednoduch´ ych pravidel. Ke kaˇzdému ovlivnitelnému návˇestidlu je na pevno pˇriˇrazena alespoˇ n jedna vytvoˇren´ a cesta, která vede na dalˇs´ı kolej bud’ s moˇznost´ı odstávky ˇci opuˇstˇen´ı systému, tedy z urˇcitého pohledu pˇredstavuje jednu nedˇelitelnou operaci pˇresunu. Vlaky jsou vytv´ aˇreny s jednoduch´ ym j´ızdn´ım ˇrádem (dva u ´daje odkud, kam – InOut) pomoc´ı generátoru s exponenci´ aln´ım rozloˇzen´ım doby mezi jednotliv´ ymi generován´ımi. Dˇr´ıve neˇz jsou

18

ˇ ıd´ıc´ı proces iterativnˇe pˇred vloˇzeny do fronty InOut, mˇelo by se pˇredej´ıt zahlcen´ı kolejiˇstˇe. R´ procház´ı znalostmi o systému: 1. zapomene vlaky, které uˇz projely systémem 2. z vlak˚ u, které ˇcekaj´ı na vstup vybere tolik, aby byly celkem v systému nejv´ yˇse dva a udˇel´ı jim souhlas (aktivov´ an´ım procesu) 3. projde vˇsechny kolejové bloky (a) ve kter´ ych se nach´ az´ı vlak nebo je rezervovaná cesta, zjist´ı jeho resp. jej´ı smˇer – n´ avˇestidlo ke kterému je vlak veden (b) pokud je z tohoto n´ avˇestidla volná cesta (pˇredem uloˇzená) postav´ı ji

Obr´ azek 5.5: Kolejové schéma v´ yhybny Ke schématu na obr´ azku 5.5: u ´seˇcky jsou koleje, jejich spojen´ı jsou v´ yhybky, • je InOut a I je návˇestidlo. Po spuˇstˇen´ı simulace se na standardn´ı v´ ystup programu vypisuj´ı po ˇrádk´ ach zprávy: 1. j´ızda vlaku, spojit´ y vzorek: ˇ cas objekt zrychlen´ ı rychlost dr´ aha kolej_od kolej_do vzd_n´ avˇ estidlo 2. diskrétn´ı ud´ alost prvku: ˇ cas objekt zpr´ ava dr´ aha je celkov´ a dr´ aha ujet´ a vlakem, kolej_od kolej na které se nacház´ı zaˇcátek vlaku, kolej_do kolej na které se nach´ az´ı konec vlaku, vzd_n´ avˇ estidlo vzdálenost k nejbliˇzˇs´ımu návˇestidlu. V grafu na obr´ azku 5.6 je znázornˇeno, jak vlak v modelu reaguje na signály bˇehem události dojezdu k n´ avˇestidlu. Zde je zrovna vidˇet jak ˇr´ıd´ıc´ı logika nestaˇc´ı povolit cestu do následuj´ıc´ıho bloku vˇcas, a vlak se mezi semafory rozj´ıˇzd´ı a zastavuje. V sekci 5.3.2 je vysvˇetleno chov´ an´ı vlaku.

19

25 20 15 10 5 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Obr´ azek 5.6: Graf rychlosti vlaku pˇri pr˚ ujezdu v´ yhybnou

20

50

Kapitola 6

Z´ avˇ er V této kapitole jsou pops´ ana moˇzná rozˇs´ıˇren´ı programu a zhodnocen´ı celé práce.

6.1

N´ amˇ ety na rozˇ s´ıˇ ren´ı

Nápad˚ u na to jak rozˇs´ıˇrit souˇcasnou aplikaci je plno, ale zde se zamˇeˇr´ım sp´ıˇse na ty, pro které je souˇcasn´ a implementace pˇr´ımo navrˇzena, nebo z n´ı vypl´ yvaj´ı a jsou v nejbliˇzˇs´ı dobˇe realizovatelné.

C´ıle v´ ysledn´ e aplikace Tyto c´ıle jsem vytyˇcil z d˚ uvodu, ˇze nechci, aby naimplementovan´ y kód byl vytvoˇren jen pro jeden u ´ˇcel. T´ımto bych chtˇel nˇejak vyjádˇrit moˇznosti dalˇs´ıho rozvoje celé aplikace. Na mou práci mohou nav´ azat a uskuteˇcnit je jin´ı studenti. • grafick´ y editor a simul´ ator ˇr´ızen´ı ˇzelezniˇcn´ı s´ıtˇe v jedné aplikaci, zamˇeˇren´ı na funkˇcnost, minimalizace klik´ an´ı • platformn´ı nez´ avislost – alespoˇ n na u ´rovni zdrojov´ ych kód˚ u • form´ at dat, kter´ y umoˇzn ˇuje vytváˇret ˇsablony prvk˚ u kompozic´ı z jin´ ych

Fyzik´ aln´ı model j´ızdy Pro souˇcasn´ y popis j´ızdy existuje i analytické ˇreˇsen´ı. Popis pomoc´ı diferenciáln´ı rovnice ale umoˇzn ˇuje jej´ı zmˇenu za sloˇzitˇejˇs´ı, která bude vˇernˇeji modelovat dalˇs´ı moˇzné pˇr´ıpady. Dráhu vlaku (hlavnˇe v mezistaniˇcn´ıch u ´sec´ıch) bych pojal jako kˇrivku v trojrozmˇerném prostoru – tj. dalˇs´ı vlastnost hrany. Pˇri tom je tˇreba rozloˇzit si souˇcasnou jedinou s´ılu udˇeluj´ıc´ı v´ ysledné zrychlen´ı na nˇekolik sloˇzek – naklonˇená rovina v kopc´ıch, tˇren´ı, taˇzná s´ıla motoru, ta by mohla b´ yt ˇr´ızena napˇr´ıklad fuzzy regulátorem. M˚ uˇzu pak uvaˇzovat i poruchy, pˇri které je s´ıla motoru nulov´ a.

Automatick´ y blok Automatick´ y blok (AB) je pevnˇe postavená, automaticky obnovovaná, cesta pro v´ıce vlak˚ u. M˚ uˇze to b´ yt napevno TrackBlock poskládan´ y z nˇekolika odd´ıl˚ u SimpleTrack. AB jako celek má dipeˇcerem nastaven´ y smˇer. Jednotlivé odd´ıly okamˇzitˇe rezervuj´ı cestu v tom smˇeru, kdyˇz dojde k jejich uvolnˇen´ı. Na obr´ azku 6.1 je znázornˇeno chován´ı odd´ılu AB. AB by také mˇelo 21

Obr´ azek 6.1: C/E Petriho s´ıt’ odd´ılu v autobloku

b´ yt moˇzné vytvoˇrit z postavené cesty. Dále s mezistaniˇcn´ımi u ´seky souvis´ı i pouˇzit´ı dalˇs´ıch druh˚ u n´ avˇest´ı (z´ aleˇz´ı kde budou v s´ıti um´ıstˇeny): Odd´ılov´ a n´ avˇ est v autobloku Pˇ redzvˇ est pomoc´ı konstantn´ı návˇesti s Volno“ ”

Ukl´ ad´ an´ı stavu simulace Diskrétn´ı proces je rozkouskovan´ y na události pˇr´ıkazy, jako je ˇcekán´ı, vedouc´ı ke ztrátˇe aktivity. Pokud nˇejak´ ym univerz´ aln´ım zp˚ usobem vytvoˇr´ım moˇznost pamatovat stav ve kterém je kaˇzd´ y proces zrovna pasivn´ı mezi událostmi a definuji transformaci z poˇcátku do tohoto stavu, m˚ uˇzu tuto informaci uloˇzit spoleˇcnˇe s dalˇs´ımi vlastnostmi pˇri serializaci. Proces by mohl b´ yt vnitˇrnˇe reprezentov´ an jako automat ˇci Petriho s´ıt’ a jeho resp. jej´ı stav by se uloˇzil a obnovil. U spojit´ ych promˇenn´ ych je tˇreba ukládat jDisco.Variable. Je moˇzné, ˇze kv˚ uli univerz´ aln´ımu ˇreˇsen´ı, bude vyˇzadovat u ´pravy v knihovnˇe jDisco pro podporu serializace. Stav potomk˚ u LoopProcess, kter´ y uvnitˇr iterace nepˇricház´ı do pasivn´ıho stavu, je moˇzné jiˇz ukládat.

Vizualizace pomoc´ı celul´ arn´ıch automat˚ u, Real-time ˇ Ctvercov´ a s´ıt’ modelu pˇr´ımo pˇredurˇcuje pouˇz´ıt pro ˇr´ızen´ı vykreslován´ı celulárn´ı automaty. Snahou je minimalizovat mnoˇzstv´ı pˇrekreslované plochy a zbyteˇcnou v´ ypoˇcetn´ı zátˇeˇz, zp˚ usobenou proch´ azen´ım stav˚ u vˇsech bunˇek, omezen´ım pouze na malé mnoˇzstv´ı bunˇek nˇekter´ ych typ˚ u a u ostatn´ıch budu vych´ azet z pˇredpokladu, ˇze pokud se zmˇen´ı jedna buˇ nka, tak pravdˇepodobnost zmˇeny v buˇ nk´ ach v okol´ı1 se nastav´ı na maximum a pak klesá s ˇcasem. Dále bude vhodné vytvoˇrit Monitor se synchronizac´ı reálného ˇcasu s modelov´ ym. Ten by mˇel lépe detekovat a vhodnˇe vkládat odmlky“ mezi spojit´ y v´ ypoˇcet. V souˇcasnosti to ” oˇsetˇruji diskrétn´ım procesem, kter´ y pro kaˇzdou sekundu modelového ˇcasu, po kterou ˇcek´ a tj. simuluj´ı se jiné procesy, spoˇc´ıtá ubˇehl´ y ˇcas a vloˇz´ı pˇr´ımo potˇrebnou pauzu javového vlákna. Kvaziparalelismus zajist´ı, ˇze se pozdrˇz´ı v´ ypoˇcet celé simulace. Je to tedy vloˇzen´ı jak´ ychsi synchronizaˇcn´ıch impuls˚ u, které je vˇsak tˇreba naplánovat v lepˇs´ı okamˇzik. 1

nepr´ azdné buˇ nky

22

Rozhran´ı do modelu pro ˇ r´ızen´ı dispeˇ cerem Navázat je moˇzné na souˇcasnou formalizaci cest, doimplementovat jejich vyhledáván´ı. Vytvoˇrit bal´ıˇcek rutin a funkc´ı zastˇreˇsuj´ıc´ı pˇr´ıstup do modelu pro ˇr´ızen´ı z nˇekolika u ´rovn´ı. Na to také navazuje dodˇelat pˇr´ıkazy z GUI rozhran´ı. Vhodné bude zformalizovat posloupnost pˇr´ıkaz˚ u jako jazyk, kter´ y se d´ a pˇr´ıpadnˇe optimalizovat.

6.2

Zhodnocen´ı dosaˇ zen´ ych v´ ysledk˚ u

Program simuluje pohyb nˇekolika vlak˚ u v s´ıti souˇcasnˇe. Kaˇzd´ y vlak se pohybuje podle bˇehem simulace stanovené cesty – reaguje na signály návˇestidel. Do obsazen´ ych kolej´ı nem˚ uˇze vjet dalˇs´ı vlak. Stanoven´ ych minimáln´ıch c´ıl˚ u bylo tedy dosaˇzeno, coˇz demonstruje pˇr´ıklad. Sloˇzitˇejˇs´ı s´ıt’ je rozumnˇe pˇredveditelná aˇz v pˇr´ıpadˇe doimplementován´ı ˇr´ıd´ıc´ıho modulu a vizualizace simulace, kdy kontrolu mus´ı pˇrevz´ıt ˇclovˇek. Validita tohoto simulaˇcn´ıho modelu by ˇsla ovˇeˇrit sb´ır´ an´ım statistik o skuteˇcn´ ych vlakov´ ych s´ıt´ıch a srovnán´ım s modelem. Vhodné rysy jazyk˚ u resp. n´ astroj˚ u nakonec pˇrevaˇzuj´ı, pˇrestoˇze nˇekteré konstrukce v nich byly obt´ıˇznˇeji vyj´ adˇritelné. Pokud jsem mˇel provˇeˇrit jakou zátˇeˇz´ı je simulace na operaˇcn´ı systém, vˇzdy se hodnoty bˇehem spuˇstˇené instance virtuáln´ıho stroje2 pohybovaly na mém pˇr´ıstroji kolem tˇechto hodnot a nijak v´ yraznˇe se nemˇenily: sd´ılená pamˇet’ – 10 MB, kód a data ve fyzické pamˇeti – 25 MB, mnoˇzstv´ı virtuáln´ı pamˇeti – 213 MB, v´ ykon CPU 91 % (toto nen´ı pokus o sofistikovanou v´ ykonostn´ı anal´ yzu, jenom jsem sledoval, zda si program nevynucuje zbyteˇcnˇe moc prostˇredk˚ u). Z vlastn´ı iniciativy jsem si vyzkouˇsel moˇznost pracovat na takovémto projektu a ponoˇrit se do problematiky anal´ yzy a modelován´ı komplexn´ıch systém˚ u, coˇz zahrnuje zab´ yvat se pˇr´ıpadov´ ymi studiemi technick´ ych zaˇr´ızen´ı. Dále jsem si rozˇs´ıˇril obzor, o to jak zakomponovat simulaci, a zdokonalil se v návrhu a programován´ı aplikace. Problém jsem mˇel zejména ze zaˇc´ atku s odhadem ˇcasové nároˇcnosti prac´ı. Samotné kódován´ı ˇslo pomˇernˇe rychle, ale na ladˇen´ı jsem v odhadech ˇcasu pozapomnˇel. Radˇeji testuji pr˚ ubˇeˇznˇe, chyba se potom snadnˇeji hled´ a. U rozs´ ahl´ ych projekt˚ u je vˇsak tˇreba jeˇstˇe vytváˇret testovac´ı skripty. V oblasti n´ avrhu je st´ ale se co uˇcit a v´ıce vyuˇz´ıt návrhov´ ych vzor˚ u a hlavnˇe se drˇzet jejich zásad. Ale mus´ım poznamenat, ˇze doba strávená studován´ım a návrhem systému byla delˇs´ı neˇz doba programov´ an´ı, kterou bych chtˇel v pokraˇcován´ı na v´ ystavbˇe této aplikace jeˇstˇe zkrátit o vyvarov´ an´ı se chyb´ am, z kter´ ych jsem se dopustil.

2

Spustil jsem v´ yhybnu bez synchronizace s re´ aln´ ym ˇcasem na 15 minut

23

Literatura [1] Vyhl´ aˇska Ministerstva dopravy, kterou se vydává dopravn´ı ˇrád drah. 1995. URL http://www.mvcr.cz/sbirka/ [2] XML Schema Part 1: Structures Second Edition. web, 2004. URL http://www.w3.org/TR/2004/REC-xmlschema-1-20041028/ [3] JDK 6 Documentation. web, 2006. URL http://java.sun.com/javase/6/docs/ [4] FALKNER, A.; FLEISCHANDERL, G.: Configuration requirements from railway interlocking stations. Technická zpráva, Siemens Austria, 2001. [5] HAROLD, E. R.; MEANS, W. S.: XML v kostce. Computer Press, 2002. [6] HELSGAUN, K.: jDisco – a Java package for combined discrete and continuous simulation. Technick´ a zpr´ ava, Department of Computer Science, Roskilde University, 2001. URL http://www.akira.ruc.dk/~keld/research/JDISCO/ ˇ e Budˇejovice, 2003. [7] HEROUT, P.: Java - bohatstv´ı knihoven. Kopp, Cesk´ [8] NOVOSAD, P.: V´ yukov´ y n´ astroj pro práci s C/E Petriho s´ıtˇemi. In Pedagogický software 2006, Zemˇedˇelsk´ a Fakulta, Jihoˇceská Univerzita, 2006, ISBN 80-85645-56-4, s. 247–249. URL http://www.fit.vutbr.cz/research/view_pub.php?id=8103 ´ R.: Java 5.0 – Novinky jazyka a upgrade aplikac´ı. Computer Press [9] PECINOVSKY, Brno, 2005. [10] REKTORYS, K.; kol.: Pˇrehled uˇzité matematiky I. - II. Prometheus, 2000. ´ ´ Z.; CE ˇ SKA, ˇ [11] RABOV A, M.; ZENDULKA, J.; aj.: Modelov´ an´ı a simulace. VUT FEI, druhé vyd´ an´ı. [12] SPELL, B.: Java Programujeme profesion´ alnˇe. Computer Press Praha, 2002. ´ [13] WROBLEWSKI, P.: Algoritmy – Datové struktury a programovac´ı techniky. Computer Press Brno, 2004.

24

Seznam pouˇ zit´ ych zkratek

AB

Automatick´ y blok – trat’ové zabezpeˇcovac´ı zaˇr´ızen´ı rozdˇelené na prostorové odd´ıly

DOM Document Object Model – v´ıce v [5] GCC GNU Compiler Collection – http://www.gnu.org/software/gcc/ JOP Jednotné obsluˇzné pracoviˇstˇe – ˇr´ıd´ıc´ı zaˇr´ızen´ı umoˇzn ˇuj´ıc´ı kontrolovat nˇekolik stanic najednou M&S Modelov´ an´ı a simulace – viz sekce 3.2 PS Petriho s´ıt’ – viz sekce 3.2 SAX

Simple API for XML – v´ıce v [5]

SIMLIB

SIMLIB/C++ – http://www.fit.vutbr.cz/~peringer/SIMLIB/

STL Standard Template Library – knihovn´ı funkce jazyka C++ XSLT eXtensible Stylesheet Language Transformations – funkcionáln´ı programovac´ı jazyk v XML pro specifikaci pˇrevodu vstupn´ıho XML na v´ ystupn´ı formát (v´ıce v [5])

25

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FACULTY OF INFORMATION TECHNOLOGY DEPARTMENT OF INTELLIGENT SYSTEMS BACHELOR S THESIS AUTHOR

Recommend Documents