Kravspecifikation CATD, steg 1

Kravspecifikation CATD, steg 1 En rapport från TOPSim och CATD-projekten Ett forskningsprojekt i samverkan mellan MDI, inst. för informationsteknologi, Uppsala universitet Högskolan Dalarna ÅF-Industriteknik AB Banverket Rapportnamn Kravspecifikation CATD, steg 1 Rapportnummer C1 Revisionsdatum 2001-10-30 Status Slutrapport

C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 1

Förord Denna rapport är en delrapport inom projekten: CATD Framtida tågtrafikstyrning. Beslutsstöd och användargränssnitt Banverkets FoU, dnr S00-3165/08 TOPSim Simulering inom planering, utbildning och drift Banverkets FoU, dnr S00-3164/08 För ytterligare information om projekten hänvisas till projektplanerna samt till information på adressen http://www.hci.uu.se/projects/ Projektrapporterna tas fram med olika status: arbetsmaterial, remissversion resp. slutrapport. Denna rapport, C1 Kravspecifikation CATD steg 1, beskriver den framtagna kravspecifikationen för beslutstöd samt implementationen av användargränssnitt för framtida tågtrafikstyrning. I CATD och TOPSim-projekten deltar följande personer MDI, Uppsala universitet Bengt Sandblad, projektledare Arne W Andersson Högskolan Dalarna Thomas Kvist ÅF-Industriteknik AB Per Lindström Joakim Storck Karl-Einar Jonsson Banverket projektering Peter Hellström Banverket Jan Byström (kontaktperson CATD) Magnus Wahlborg (kontaktperson TOPSim) C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 2

C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 3

C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 En rapport från CATD och TOPSim-projekten C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 4

Innehållsförteckning 1. Inledning sid 6 2. Introduktion och bakgrund sid 7 3. Funktionella krav på TOPSim-systemet sid 8 3.1 TOPSim - HMI sid 8 3.2 TOPSim - DSS sid 12 C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 5

1. Inledning Denna kravspecifikation beskriver övergripande den funktionalitet som dels TOPSimsystemet i sin helhet och dels de båda delsystemen TOPSim/HMI och TOPSim/DSS skall omfatta. Kravspecifikationen baseras på erfarenheter från tidigare projektetapper och på tester och användning av de implementerade prototyperna av den s k grundkonfigurationen och av Simson. Kraven är klassificerade och uppdelade i listor enligt: Absolutkrav Dessa krav måste uppfyllas för att systemet överhuvudtaget skall accepteras och godkännas, d v s de motsvarar de grundläggande behoven. Skallkrav Krav som systemet skall uppfylla eller som skall gå att utveckla i framtiden, inkluderande eventuellt bra att ha -funktioner. Börkrav Krav som systemet bör uppfylla och tänkbara framtida funktioner. Kravlistorna är indelade i olika områden. Vilka områdena är bestäms av egenskaperna hos respektive system. Det kan det vara värt att notera att självklarheter inte alltid specificeras i denna kravspecifikation. Det finns två anledningar till det, för det första att detta framförallt är ett F&U-projekt med betoning på F och för det andra att de system som utvecklas närmast är att betrakta som prototypsystem med en relativt begränsad mängd tänkbara användare. Ytterligare ett skäl är knappheten på resurser. Några exempel på vad som inte anges nedan är t ex Systemet skall vara på svenska, Det får ej ta lång tid att starta klienten etc. De krav som följer nedan utgör den kompletta kravspecifikation för arbetet inom CATDprojektet, vilket påbörjades 2001-01-01. Den nu föreliggande versionen får anses som preliminär, och revisioner kommer fortlöpande att genomföras. C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 6

2. Introduktion och bakgrund De här aktuella F&U-projekten TOPSim och CATD bedrivs i en mycket nära samverkan med varandra. Projektens långsiktiga mål är att med hjälp av simuleringsteknik utveckla produktivitetshöjande metoder och testsystem för planering, utbildning och drift. Hittills har TOPSim, en prototyp av en simulatorbaserad testmiljö, byggts upp utifrån befintliga simuleringssystem inom Banverket. Inom ramen för dessa projekt kommer man under den kommande projektfasen 010101-020601 arbeta vidare med att utveckla simulatorsystemet TOPSim till en stabil och komplett försöksanläggning för tester och utvärdering av användargränssnitt och beslutsstöd för trafikstyrning. Den framtagna simulatormiljön ska möjliggöra styrning av tågtrafik i enlighet med dagens metoder, koppling till nya slags gränssnittsmoduler, styrning genom de nya gränssnitten samt kunna samverka med försöksmoduler för beslutsstöd. Inom ramen för TOPSimsystemet har hittills två delsystemprototyper utvecklats. Dels en grundkonfiguration TOPSim/TTS, som baseras på SIMON/TTS, vilken möjliggör en interaktiv realtidsliknande styrning av den simulerade trafikprocessen. Dels en första utökad version, TOPSim-HMI, där ett externt grafiskt användargränssnitt, Simson, kan anslutas till simulatorkärnan för att möjliggöra både informationspresentation och styrning. Den framtagna programvaran beskrivs i delrapporten TOPSim systemdokumentation, december 2000. Ytterligare ett delsystem, TOPSim-DSS, är under utveckling. Den grundläggande inriktningen och omfattningen för detta arbete beskrivs under rubriken Förstudie DSS i avsnitt 3 av TOPSim Specifikation av kompletterande krav, december 2000. C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 7

3. Funktionella krav på TOPSimsystemet Huvudkravet på TOPSimsystemet oberoende av hur det är konfigurerat - är att det med den första färdiga versionen skall vara möjligt att i "realtid" styra den simulerade tågtrafiken på en godtycklig, normalt utformad bana. Ett annat generellt överordnat krav är att TOPSim kan användas inom områden där det är viktigt att data presenteras grafiskt i realtid. Ytterligare ett generellt överordnat krav är att de framtagna prototyperna skall vidareutvecklas till robusta och stabila system, så att den planerade användningen för tester, utvärdering och experiment kan fungera utan problem. 3.1 TOPSim - HMI. Syftet med denna konfiguration är främst att möjliggöra tester av framtida gränssnitt i tågtrafikstyrningen. Fyra komponenter utgör grunden för den första versionen av det utökade systemet: Simuleringskärnan (TTS), serverapplikationen (TTSD), klienten med tillhörande meddelande- och kommandofönster, samt presentations- och interaktionsmodulen Simson. Simson innefattar en ny grafisk gränssnittsprototyp som skall förmedla nödvändig information till användaren (tågledaren), t ex i form av en kontinuerligt uppdaterad grafisk bild av aktuella tåglägen relativt tidtabellen. På mycket kort sikt är det inte aktuellt att styra trafiken via denna modul. Figur 1 visar en schematisk bild av hur systemets delar interagerar med varandra under en körning. De tjocka pilarna representerar att en process startas av en annan aktör. De tunna pilarna visar dataflöden. Klient Dialogfönster Meddfönster Simson TTSD TTS_S Figur 1. Processinteraktion och dataflöden för TOPSim-HMI C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 8

Prototyper för användargränssnitt har tagits fram inom projektet Framtida tågtrafikstyrning (se gränssnittsexemplen från detta projekt). Som en utgångspunkt för specifikation av krav på TOPSim-HMI har prototypen för trafik på flerspår använts. En del av den tänkta funktionaliteten i prototypen har redan implementerats i Simson, den version av TOPSim- HMI som är under utveckling. Vad som hittills implementerats framgår av dokumentet TOPSim systemdokumentation. Under kommande projektfas skall återstående relevanta delar av de framtagna prototyperna implementeras. Exempel på sådan information är: mer utförlig tåginformation; mer detaljerad spårstruktur; aktuell omplanerad spåranvändning och tidtabell, samt avvikelse från ursprunglig plan; upptäckta konflikter om resurser; alternativa planer för att lösa uppkomna konflikter. Kraven för HMI-delen är klassificerade och uppdelade i listor enligt nedan: Absolutkrav: 1. Simson skall ta emot och visa information från TTS om ändringar av tågs hastighet och position; om beläggning och reserverad tågväg m.m. Man skall inte uppleva att tidtabellinjer och tåg hoppar fram i användargränssnittet. Detta kan åstadkommas med hjälp av fler uppdateringar från TOPSim/TTS och kombineras med att Simson extrapolerar värden för tågets position och hastighet. ***TOPSim/TTS: krav nr 11*** 2. I Simson skall man kunna styra på tekniknivå, d v s genomföra planen för spåranvändning och tidtabell genom att manuellt reservera tågvägar genom stationer. Man skall kunna styra tågtrafiken genom att med t ex musklickningar ange önskade tågvägar, (t ex genom att man klickar från ett block till ett annat). Dessa tågvägar skall vidarebefordras som textkommandon till TTS. Kortsiktigt gäller att information om felaktigt givna kommandon erhålls via grundkonfigurationens meddelande- eller styrfönster. På sikt måste dock TTS förmedla dylik information direkt tillbaka till Simson i form av något standardiserat meddelande. Anmärkning: i en experimentmiljö är det önskvärt att båda interaktionssätten tangentbordskommando och mus kan användas. ***TOPSim/TTS: krav nr 2*** 3. I Simson skall man också kunna styra på trafiknivå, d v s kunna göra om planen för spåranvändning och tidtabell genom att peka och klicka i den dynamiska grafen. Frågan om hur planen skall genomföras/exekveras specificeras inte här. ***TOPSim/TTS: Detta ställer för närvarande inget krav på TOPsim/TTS*** Skallkrav 4. Att kunna använda en automatisk funktion för att reservera tågvägar enligt en fastställd, uppdaterad och aktuell plan, enligt fastställda kriterier. Den automatiska funktionen lyder under ett huvudkriterium: En tågväg skall läggas så att signalbilden för tåget garanterat visar kör vänta kör, när inga restriktioner finns. Men man skall endast reservera så kort tågväg som möjligt för att uppnå detta. Genom att göra detta minimerar man problemen vid återtagning av tågväg. ***TOPSim/TTS: Den algoritm som används för inbromsning skall kunna användas av Simson. Detta kan lösas antingen via TOPSim/TTS eller som en modul inom Simson. Man kan då tänka sig att tågväg reserveras enligt följande: Inbromsningssträcka för specifikt tåg + ett eller två block. Anm: Detta resonemang har ännu inte blivit presenterat för tågtrafikledarna *** C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 9

5. Att kunna använda en automatisk funktion för att förbereda och testa en planerad tågväg enligt fastställda kriterier. Förberedd och testad tågväg motsvarar lagd tågväg, men den är inte reserverad. Den kan fritt ändras utan restriktioner. ***TOPSim/TTS: Vi vill utnyttja TOPSim/TTS funktion för att förbereda och testa en tågväg utan att reservera denna.*** 6. Att kunna se tågegenskaper och dynamiskt se avvikelser från det normala. ***TOPSim/TTS: Detta ställer för närvarande inga krav på TOPSim/TTS. Man kan tänka sig att övningsledaren förändrar ett loks dragförmåga och att detta vidarebefordras till både TOPSim/TTS och Simson från störningsmodulen.*** 7. I Simson skall man under simuleringens gång ha möjlighet att skapa störningar i tågtrafiken. Störning lokskada: Man skall helst kunna manipulera tågets dragkraft. ***TOPSim/TTS: TTS måste dynamiskt kunna ta emot förändringar av tågdata.*** 8. Störning spårledningsfel på station: Man skall under simuleringens gång ha möjlighet att interaktivt göra block på station belagda för att simulera spårledningsfel. ***TOPSim/TTS: TTS måste kunna ta emot ett meddelande om att ett block är belagt för att simulera ett spårledningsfel.*** 9. Störning förlängd uppehållstid: Man skall under simuleringens gång ha möjlighet att (p g a yttre händelser på station), interaktivt förlänga uppehållstiden för ett tåg. D v s tåget skall inte avgå från station även om tågväg är reserverad och avgångstiden är passerad. Man vill då interaktivt påverka förarmodellen så att modellen inte ger gas förrän de yttre händelserna medger detta. ***TOPSim/TTS: Se sista meningen. En planerad förlängd uppehållstid ställer inga krav på TTS utan detta sköts från Simson via ändringar i planerad tidtabell.*** Börkrav 10. Att kunna leda tåg förbi stopp i signal på liknande sätt som i verkligheten. ***TOPSim/TTS: TTS måste klara av att köra tåg mot stopp i signal med hänsyn till gällande restriktioner för bl a STH, Övriga restriktioner gäller förarmodellen för bl a siktavstånd. *** 11. Störning spårledningsfel på linjen Man skall under simuleringens gång ha möjlighet att interaktivt göra block på linjen belagda för att simulera spårledningsfel. Detta krav hör ihop med kravet att köra förbi stopp i signal. ***TOPSim/TTS: TTS måste kunna ta emot ett meddelande om att ett block är belagt för att simulera ett spårledningsfel.*** 12. Störning växel ur kontroll: Man skall under simuleringens gång ha möjlighet att interaktivt simulera att en växel är ur kontroll (odefinierat läge). Tågtrafikledaren skall kunna medge att lokföraren kör fram mot växeln för att undersöka i vilket läge växeln ligger. Utifrån vilket läge växeln ligger skall tågtrafikledaren bestämma om tåget skall fortsätta. ***TOPSim/TTS: Detta ställer krav på att banmodellen beskriver växelområdena mer detaljerat så att enskilda växlar kan simuleras*** 13. Störning lövhalka. Att via indatafil eller interaktivt kunna simulera lövhalka (påverka adhesionen på vissa sträckor) under simuleringens gång. Anm: Man skall ha möjlighet att modellera en förares beteende under dessa förhållanden. Vissa förare är oerfarna och C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 10

reagerar på lövhalkan för sent och vissa erfarna gasar på lite extra för att undvika bekymmer på sträckan (framkoppling reglertekniskt sett). ***TOPSim/TTS: TTS skall kunna ta emot förändringar av adhesionen under simuleringens gång*** 14. Att kunna styra på tekniknivå genom att via kommandon lägga om växlar, styra vägskydd. ***TOPSim/TTS: Detta ställer krav på en mer detaljerad banmodell. Vägskydden kan tänkas simuleras som att ett block är belagt så länge som vägskydden inte är nedfällda.*** 15. Att kunna styra på tekniknivå genom att via musklickningar lägga om växlar, styra vägskydd. ***TOPSim/TTS: Se krav 13*** 16. Störning avvikelser i banegenskaper. ***TOPSim/TTS:TTS skall kunna ta emot meddelanden om t ex nedsättningar av STH på grund av tjälskott, solkurvor etc. *** 17. Att kunna se tågföringspolicy. ***TOPSim/TTS: Inga ytterligare krav på TTS*** 18. Att kunna mata in nya förutsättningar för tågföring under simuleringens exekvering. ***TOPSim/TTS: Inga ytterligare krav*** 19. Att kunna hantera banarbeten genom att mata in nya data under simuleringen. ***TOPSim/TTS TTS skall kunna ta emot uppgifter om att vissa block är belagda under en viss tid för banarbeten*** 20. Reservera växlingsväg. ***TOPSim/TTS: Kanske ett viktigt krav för en utbildnings och träningssimulator.*** C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 11

3.2 TOPSim - DSS. Vi definierar här en beslutsstödsmodul Delila som en fristående modul vilken interagerar med TOPSim grundkonfiguration i syfte att stödja styrningen av den simulerade trafiken. Målet är att utveckla praktiskt fungerande beslutsstödsprototyper, varför det är nödvändigt att i första hand beakta enkla beslutsstödsfunktioner. Med enkla avses här att de skall kunna implementeras till en rimlig kostnad vad avser tid och pengar, att dess stödfunktioner skall vara lätta att förstå och använda för en tågledare utan en lång introducerande utbildning och träning, samt att de på förhand bedöms kunna bli praktiskt användbara. Det som tillkommer i TOPSim-DSS jämfört med grundkonfigurationen är beslutsstödsmodulen, vilken hanterar informationen i ett beslutsstödsfönster. I TOPSim-DSS är kommunikationen dubbelriktad, d v s användaren använder beslutsstödsfönstret för att ange när Beslutsstödsmodulen skall producera ett förslag eller för att ändra något i ett förslag. Användaren kan också behöva ändra i indata till någon ingående modell. Här bör dock noteras att Beslutsstödsmodulen inte sänder någon dynamisk information eller några kommandon tillbaka till TTS. Absolut-krav 1. Beslutsstödsmodulen Delila skall kunna ta emot och tolka information från TTS om att tågen ankommer, passerar, föds vid eller lämnar en station. 2. Beslutsstödsmodulen Delila modeller skall i största möjliga utsträckning vara anpassade för att kunna fungera smidigt tillsammans med TTS. T ex skall Delila i uppstartsfasen kunna läsa och tolka TTS indatafil som innehåller aktuella ban-, tåg-, förar- och tidtabellsdata. 3. Beslutsstödsmodulen Delila skall så långt möjligt utvecklas i samma teknikmiljö som gränssnittsmodulen Simson. Detta innebär att samma programspråk, operativsystem, utvecklingshjälpmedel, parsrar etc. skall användas för utvecklingen båda delsystemen. Om möjligt skall också gemensam programvara användas. 4. Modellen i beslutsstödsmodulen måste ges grunddata gällande banan i form av stationernas namn och position på sträckan, antal spår på stationerna, enkel eller dubbelspår på stationssträckorna, eventuella s k mellanblocksignaler. Slutligen måste också tidtabellsdata ges för alla tåg. 5. Beslutsstödsmodulen skall kunna hämta data avseende aktuella gångtider (inklusive startoch stopptillägg) för alla inblandade tåg från en fil. Gångtider skall finnas för alla förbindelser för alla tåg(typer). Värt särskild uppmärksamhet i detta sammanhang är hur mellanblocksignaler och håll-/lastplatser på förbindelser skall behandlas! 6. Beslutsstödsmodulen skall ha en funktion som, utifrån ett valt trafikläge, förenklat prognostiserar tågens uppträdande under den närmaste tiden (1-2h) och i en tåggraf visar tågledaren var konflikter inträffar ( Enkel prognossimulering ). Tågledaren använder sedan denna information för att fatta sina styrbeslut. I detta fall baseras prognoserna på de aktuella tågens gångtider mellan närliggande stationer. 7. Enkel prognossimulering enligt ovan skall eventuellt förfärdigas inom ramen för den existerande TOPSim/HMI-modulen som är baserad på Simson. Förklaring: Funktionen C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 12

Enkel prognossimulering finns delvis färdigt i den användargränssnittsmodul som under TOPSim fas 2 har utvecklats vid HCI, Uppsala Universitet. Varför denna bör kunna förfärdigas och testas utan alltför mycket arbete. 8. Beslutsstödsmodulen skall ha en funktion som baseras på den ovan beskrivna funktionen Enkel prognossimulering, med tillägget att tågledaren, i tidsordning, skall kunna välja hur de olika konflikterna skall lösas, varvid omräkning och visning görs av var efterföljande och eventuellt nya konflikter uppstår ( Enkel interaktiv prognossimulering ). Formulerat på ett annat sätt skall tågledaren således i detta fall, iterativt, kunna styra den prognostiserade framtida trafiken i syfte att finna bra lösningar för de för tillfället aktuella konflikterna. Tågledaren skall då kunna sitta och välja hur, i tids- eller prioritetsordning, de olika konflikterna skall lösas, varvid omräkning och visning görs av var efterföljande och eventuellt nya konflikter uppstår. För att inte låta interaktionen bli alltför komplex nöjer vi oss dock med att tågledaren får studera varje alternativ från början till slut och inte har någon ångerfunktion. Tågledaren skall alltså kunna sitta och laborera med olika alternativa lösningar på de framtida konflikterna. Skall-krav 9. Beslutsstödsmodulen skall ha en funktion som baseras på den ovan beskrivna funktionen Enkel prognossimulering, men med en Simon/TTS-modul som utför prognoserna för den närmsta framtiden ( Prognossimulering Simon/TTS ). D v s en beslutsstödsfunktion som, utifrån ett valt trafikläge, förenklat simulerar tågens uppträdande under den närmaste tiden (1-2h) och i en tåggraf visar tågledaren var konflikter inträffar. Bör-krav 10. Beslutsstödsmodulen skall kontinuerligt kunna ta emot information beträffande tågens förflyttningar och lägen i systemet från TTS. Beslutsstödsmodulen skall t ex var 10:e sek få information om exakt position och hastighet för tåget. C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 13

C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 14

Rapportförteckning - översikt CATD C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 C2. Kravspecifikation CATD, steg 2 C3. Kravspecifikation TOPSim, steg 1 C4. Systemdokumentation för beslutsstöd, DSS C5. Utvärdering av DSS-moduler C6. Systemdokumentation av gränssnittsmoduler C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler C8. Kravspecifikation TOPSim, steg 2 C9. Kravbeskrivning för utbildnings- och träningssimulator C10. Seminariedokumentation C11. Sammanfattande slutrapport från CATD-projektet TOPSim T1. Testdokumentation av simulatorprototyp, steg 0 T2. Utvecklingsspecifikation av simulatorprototyp, steg 1 T3. Systemspecifikation av simulatorprototyp, steg 1 T4. Testdokumentation av simulatorprototyp, steg 1 T5. Utvecklingsspecifikation av simulatorprototyp, steg 2 T6. Systemspecifikation av simulatorprototyp, steg 2 T7. Testdokumentation av simulatorprototyp, steg 2 T8. Seminariedokumentation (Se CATD rapport C10) T9. Simulatorsystem inom tågtrafikstyrning, en kunskapsdokumentation T10. Sammanfattande slutrapport från TOPSim-projektet C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 15