基于形式化方法的平交道口控制系统安全设计

铁路平交道口控制系统是一种典型的安全苛求系统，为提高铁路平交道口的安全性，提出一个能适应双线双向接车的自动控制系统.首先，分析现有铁路平交道口的作业流程，利用新的控制系统解决现有系统中常见的三个问题，即出清检查、制动距离限制、连续接车中防护门短时间开放问题；其次，基于Event-B语言以及精化策略对设计的自动控制系统建立形式化模型；最后，检查证明义务以验证需求属性是否被满足，并应用动画器Animation展示系统功能的正确性.结果显示：相比传统的道口管理系统，本文提出的自动控制系统增加了双线连续接车功能，且使用形式化建模和验证，避免系统设计中存在的二义性，对平交道口安全管理有一定的参考意义.     

车站联锁系统行为验证与数据确认的形式化方法

车站联锁系统是一种典型的基于数据驱动的安全苛求系统,开发过程中需要对系统行为进行验证并需确认数据的正确性. 为此,通过分析联锁系统的设计规范,基于RODIN平台并使用Event-B语言,辅助使用UML （unified modeling language）图工具快速建立系统的初始模型,以自动生成模型文件并描述出各系统属性与事件流程;基于精化策略分层建模,对各层模型的证明义务进行定理证明,验证了系统的各项属性,得出可靠的通用功能模型;基于实例车站,对模型的公理进行了验证,同时实现了对联锁数据的确认;通过形式化验证过程,结合给定场景联锁数据的有效性确认,发现并纠正系统需求及分析过程中造成的潜在行为缺陷;通过功能仿真与验收测试,进一步确认了通用模型与联锁数据的正确性. 结果表明:本文方法提高了基于模型开发过程的准确性与层次性,验证了系统通用行为状态,且结合公理验证,实现了联锁数据的确认,并能基于模型进行功能场景仿真与测试,从而可进一步提高系统通用功能原型的可靠性.      

提速铁路道口安全监控系统的设计与实现

针对提速列车通过铁路平交道口时的安全问题,研制了频率为150 MHz无线传输、太阳能供电的提速铁路道口安全监控及信息管理系统.通过对铁路道口数据的实时采集、传输、存储以及运行状态的监控、报警,实现了铁路提速道口的安全监控与信息管理.该系统已在成渝铁路成都—龙潭寺区间K+5885成都机务段道口使用2年,累计2.4万余对列车通过该道口,系统均有效监视了道口的通行状态.     

智能交通安全控制系统的模型验证

随着智能交通系统的发展，交通安全控制系统的开发变得越来越复杂，系统中存在的“设计型故障”很难被检测和排除，“设计型故障”成为影响系统安全性的主要问题。笔者利用形式化方法对交通安全控制系统进行严格的模型验证，提出了系统模型验证的安全性约束和安全性路径的概念，给出了模型验证的推演方法，为解决智能交通安全控制系统的“设计型故障”问题提供了一种有效的手段。     

基于移动Agent的供应链订单跟踪系统研究

分析了订单履行流程与供应链管理其他关键业务流程的关系,给出了订单跟踪系统功能需求,并结合移动Agent技术,构建了基于移动Agent的供应链订单全生命周期跟踪系统框架结构.设计了原型系统,并在一个家电企业进行了验证.     

CTCS-3级列控系统车地交互流程形式化建模与验证

正在建设的时速300 km/h以上的高速铁路已采用CTCS-3级列车运行控制系统.车地信息交互流程是影响CTCS-3级列控系统的效率、可靠性和安全性的主要因素之一.基于时间自动机理论对车地交互流程进行建模与验证具有重要意义.首先将车地交互流程分为4个典型的子流程：任务启动流程、正常行车流程、RBC切换流程和任务结束流程,然后针对这些子流程建立无线闭塞中心（RBC）、车载设备（ATP）和铁路专用移动通信网（GSM-R）的时间自动机网络模型,最后利用时间自动机模型验证工具UPPAAL进行仿真分析,验证了CTCS-3级列控系统的车地交互流程的安全性和受限活性.     

基于多元联系数集对分析法的道口安全评价

铁路道口安全是保证铁路运营安全管理的重要环节,然而其影响因素众多,管理困难,致使相关事故仍难防范。针对铁路道口事故频发,分析了引发道口事故安全的人、车辆、道口特性、安全防护装置、环境5个方面的主要因素,构建了道口安全评价指标体系。并引入多元联系数集对分析原理,建立了多元联系数集对分析法在道口安全评价中的应用模型,并以中国铁路某局集团有限公司管辖范围内的道口为背景,得出道口安全所处的"态势",验证了该模型的适用性,探讨出定量判断道口安全评价体系的又一方法。     

开放SaaS产业服务平台模型与体系结构

为解决企业用户对信息系统服务化、可编程等多样化需求,将开放系统设计思想与SaaS(软件即服务)平台技术相结合,提出了开放SaaS产业服务平台(OSISP)的概念,设计了产业服务平台业务架构,并对平台角色、业务集成模型进行了抽象与形式化建模;在此基础上,按照分层体系结构的设计思想,设计了由基础层、平台层、系统层、用户层以及系统管理和标准体系构成的系统体系结构.通过系统设计,将产业服务平台模型与体系结构应用于汽车供应链协同平台,提高了系统的开放性、用户参与系统建设及使用的积极性.      

CTCS-4无线通信故障恢复模型的形式化研究

对CTCS-4的无线通信系统的故障恢复模型进行了研究,使用Event-B对CTCS-4无线通信系统的故障恢复过程进行建模.通过证明义务对模型的逻辑正确性和完备性进行验证,证明其可以满足要求.     

铁路信号系统软件测试建模方法

针对铁路信号系统软件测试模型不能系统地描述测试需求的问题,提出风险时间状态机建模方法. 首先,分析铁路信号系统软件测试建模的特点,并提出建模需求;然后,以有限状态机理论为研究基础,在有限状态机的变迁和状态中分别扩展出时钟和风险等级元素,提出风险时间状态机建模方法,满足功能逻辑、时间约束和风险等级3个方面的建模需求,采用Z规格说明语言给出风险时间状态机的形式化定义和格局转移机制;最后,以计算机联锁系统中的道岔转换功能为例,建立风险时间状态机测试模型,并与时间自动机建模方法进行了对比,结果表明,建模方法上,所建立风险时间状态机比时间自动机节省62%的变迁数,描述能力更强,能够满足铁路信号系统软件测试的建模需求.      

CTCS-3级列控系统临时限速建模与验证

为了满足临时限速系统的实时性要求,采用时间自动机理论,对CTCS-3级列控系统临时限速工作流程分别建立了各设备的时间自动机子模型,进而构成临时限速系统的时间自动机网络模型,并基于临时限速系统技术规范的参数对模型进行赋值;采用BNF语法对临时限速系统待验证的属性进行了形式化描述,并应用UPPAAL验证工具对临时限速模型的安全性和受限活性进行仿真验证.验证结果表明:与现有临时限速系统的时间参数设置相比,修正后的时间参数设置避免了出现系统死锁现象;在不影响安全功能属性和受限活性的基础上,提高了临时限速系统的实时性,可在规范规定时间5 s内做出响应.      

中国铁路智能运输系统模拟试验基地的总体规划

为了验证铁路智能运输系统(RITS)体系框架，试验RITS关键技术，完善、发展和推广RITS,提出依托国家环行铁道试验基地，在智能运营管理、智能列车控制与调度指挥、先进的铁路安全检测/监控、先进的铁路运输资源管理与维护、客户综合服务与智能导航、铁路电子商务6个涉及铁路运输核心环节的服务单元，建立能较完整反映RITS特征和结构体系的最小综合铁路智能运输模拟试验系统。论文详细研究了需求分析、建设意义、作用和目标，特别提出了RITS的创新性，模拟试验系统的建设原则、内容和总体框架，形成铁路智能运输系统模拟试验基地总体规划，对RITS及其模拟试验系统的设计和实施，起到指导和参考意义。     

Pantograph and catenary system with double pantographs for high-speed trains at 350 km/h or higher

The paper is aimed at developing an optimized design of the pantograph and catenary system with double pantographs at a speed of 350 km/h for the Wuhan-Guangzhou high-speed railway.First,the pantograph and catenary system for the Beijing-Tianjin high-speed railway was analyzed to verify whether its design objective could be fulfilled.It shows that the system is not able to satisfy the requirement of a sustainable running speed of 350 km/h.Then a new scheme for the pantograph and catenary system is proposed ...     

高铁信号系统安全关键功能测试建模方法

测试模型是高铁信号系统安全关键功能测试用例编制的重要基础,针对高铁信号系统安全关键功能测试建模过程中描述信号系统领域特征不够全面的问题,提出时间状态机测试建模理论和测试用例生成方法. 分析高铁信号系统测试建模的特点,提出信号系统安全关键功能测试模型的建模需求;以有限状态机理论为研究基础,结合功能逻辑和时钟约束提出时间状态机建模方法,采用Z规格说明语言给出时间状态机的形式化定义;将时间状态机转换为时间自动机,证明转换之间的一致性,并基于时间自动机的测试理论自动生成测试用例,再以计算机联锁系统中的道岔转换功能为例,建立时间状态机测试模型并生成测试用例. 最后,将两种方法生成的测试案例进行对比,结果表明:在功能逻辑方面,基于时间状态机建模方法生成的测试案例100% 地覆盖了基于时间自动机建模方法生成的测试案例,并新增了16条具有时钟约束的测试案例,能够满足高铁信号系统安全关键功能测试建模的需求.      

基于拟合平纵断面的铁路特大桥梁线路平顺性评估

合理评价大跨度桥梁挠曲变形是保障桥上铁路行车平稳和舒适的基本前提. 针对当前大跨度桥梁挠曲变形重要评价指标挠跨比的不足，如忽略了挠曲变形对线路平纵断面的影响，本文基于桥梁挠曲变形曲线的规律以及铁路线路线型的特点，采用最小二乘法分别在平纵断面上将桥梁的挠曲变形曲线拟合成线路的标准线型，并依据铁路线路设计规范对其进行评价. 结合国内某特大桥的工程实例，研究发现:在考虑系统振动的最不利荷载工况下，该特大桥的最小竖曲线和平面曲线半径分别为29.3 km和54 km，符合规范要求；设置垂向预拱可以在一定程度上抵消桥梁竖向挠曲，有利于保持轨道结构的平顺性；本方法能从桥上线路平顺性的角度对桥梁的挠曲变形进行合理评价，可用于指导大跨度桥梁设计以保障铁路行车安全.      

基于Petri网的复杂行车故障分析方法研究

鉴于铁路大型客运站行车安全的重要性和复杂性,从人员、设备、环境的角度出发,建立系统的事故树,然后再将其转换为Petri网模型.提出了利用Petri网的关联矩阵求解系统最小割集的方法,并计算顶上事件的发生概率以及基本事件的临界重要度系数.以某车站发生列车冒进信号事故为例,建立了事故系统的Petri网模型,并对模型进行了定性和定量的分析.研究结果表明：Petri网能够更加清晰和准确地描述客运站行车事故过程,计算得到的结果反映了客运站目前的行车状况.     

内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求，分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点，建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型，提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法；在此基础上，制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法，并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究；基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果，确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案；建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型，评估并校核了车轴的疲劳强度；建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型，验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明:17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg，比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%；内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66，临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域；采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路，主要动力学性能指标优良；在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络，据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见，内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势，且高速适应性较好，在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。