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.     

形式化方法在列车运行控制系统中的应用

为了确保列车运行控制系统设计和开发的正确性,比较了仿真、测试和形式化3种能够验证系统设计正确性的方式。根据列车运行控制系统对安全的苛求性,提出了4个与系统安全相关的重要特性,即实时性、混成性、分布(并发)性、反应性,并分析了与这些特性相关的具体形式化方法。通过对每种形式化方法的数学基础和应用范围的分析和归类,给出了各种方法的优势和不足。分析结果表明:任何形式化方法的应用都具有一定的局限性,这是由模型检验和定理证明的本质所决定的;指出了新方法提出、既有方法拓展以及多方法集成将是列车运行控制系统的形式化领域的方向。     

形式方法在CAD软件开发中的应用

针对设计问题的特点，将以数学为基础的形式化方法应用于ＣＡＤ软件开发中，分层次形式化表达ＣＡＤ系统。可以沟通用户，系统分析员，程序员以及测试工程师之对系统的理解，达到共识。同时为软件模块的重复利用提供了可能性。     

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.      

形式化方法在CAD软件开发中的应用

针对设计问题的特点,将以数学为基础的形式化方法应用于CAD软件开发中,分层次形式化表达CAD系统。可以沟通用户、系统分析员、程序员以及测试工程师之间对系统的理解,达成共识。尽可能在初期发现系统的问题。为CAD软件开发者提供了排除错误、保证可靠性的有效途径。同时为软件模块的重复利用提供了可能性。     

社区卫生服务系统形式化规格说明

通过对社区卫生服务的功能需求出发,采用Z语言对系统规格进行了形式化说明,包括基础数据、系统状态以及系统操作等。采用形式化方法对社区卫生服务系统进行设计,能够得到一致的、精确的、简明的和无歧义的规格说明。     

基于形式化方法的道口控制系统规范建模与验证

为了增强铁路道口控制系统设计的可靠性,使用一种形式化方法对该系统进行建模与验证. 基于道口管理规范,在分析系统各类属性与事件流程的基础上,使用UML图方法并结合精化策略建立了系统各层的Event-B语言模型. 通过对不变式的证明义务进行证明,验证了系统设计中的安全、时间特性,检查出了需求规范分析中的缺陷,提出了增强系统稳健性的改进方案,修正了系统的设计原型. 最后,通过不变式冲突与死锁检验进一步确认了模型的正确性. 研究表明文中方法提高了形式化建模过程的准确性与层次性,且确认得出目前规范中存在列车驶入道口时不能确保道口出清的缺陷,证实了使用本文形式化流程可以验证道口控制系统的需求规范并形成可靠的设计原型,从而可提高铁路道口的安全性.      

数学化、公理化和形式化

本文从区分非方法性学科和方法性学科入手，一方面狭义地分析了数学化、公理化和形式化的基本功能和目标，从而得出结论：按上述顺序，这“三化”形成了由低到高的三个层次，对它们的逻辑要求依次提高，使用限制依次严格。另一方面，从广义上综合，“三化”又同属方法性学科范畴，它们语言相通，推理的逻辑基础相同，因而在应用中互相渗透，交融壁合。最后简述了“三化”产生和发展的历史，指出它们是一脉相承的，公理化和形式化实际上也是广义的数学化。     

基于B方法的UML类图形式化研究

统一建模语言（UML）是一种对软件密集系统进行可视化建模的语言,但UML不是形式化的建模语言,缺乏精确的语义描述,因此会导致一些问题。B方法是一种较成熟的软件形式化方法,具有精确性、无二义性等特点。文章用B符号来表示UML类图组成元素的语义及其映射关系,并给出了用B方法来描述UML类图的一种方法。     

概率模型检验的CBTC系统通信协议的形式化验证

通信协议是CBTC系统重要的组成部分,它的正确性、稳定性和安全性对整个CBTC系统有重要影响．鉴于通信协议中某些参数具有随机特征,本文采用概率模型检验对其进行形式化验证．分析了概率模型检验的语义及语法,建立了通信协议的概率模型,用概率模型检验工具PRISM验证了典型的概率规范．结果证明,当信道正常概率为99％,系统无延时概率为99％时,通信协议失效率小于1．5×10^-10．说明了用概率模型检验验证具有随机特征参数的通信协议,方法简单快捷,结论清晰明了．     

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。     

时序逻辑及其表达能力综述

时序逻辑是研究状态随时间变化系统的逻辑特性，在软硬件验证中有着广泛应用，是模型检测的基础。基于对时间模型的不同描述以及为了处理更加复杂的计算特征，衍生出各种时序逻辑，具有不同的表达能力，正确理解其表达能力对于系统模型的形式化规约尤为重要。首先，介绍基于离散时间模型的线性时序逻辑LTL、计算树逻辑CTL和CTL^*，以及基于连续时间模型的区间时序逻辑ITL和投影时序逻辑PTL，对它们的表达能力及区别进行了详细阐述；然后，概述为了描述随机、实时、混成、开放系统中的复杂行为而提出的不同时序逻辑，指出它们的特点及适用范围；最后，对时序逻辑的未来研究方向进行展望。     

形式化B方法和UML的结合

形式化B方法和UML存在很大的互补性,二者的结合研究对提高软件的可靠性有着非常重要的意义,文章通过从UML类图到B抽象机器的转换给出了一个UML和B方法结合的方法。     

基于Z语言的软件工程形式化研究

软件工程形式化是软件工程自动化的前提,软件自动化能在根本上提高软件质量和生产效率.本文阐述了形式化软件工程的基本概念,并采用规格说明语言实现了一个应用软件的形式化描述.     

分层结构热备冗余系统的可靠性分析

热备冗余结构在安全苛求系统中应用广泛．智能化输入输出模块和逻辑处理模块的分离形成了分层结构,层内两个模块相互热备,层与层串联后实现系统功能．采用Markov分析方法,考虑模块失效率和维修率,对分层热备冗余系统的可靠性进行了研究．按照优先恢复系统功能的维修策略建立了系统状态转移图,并由此得出了系统可靠性计算方法．依据仿真计算结果,不同模块的失效率和维修率对系统可靠性的影响程度相似,低优先级修复的模块对系统可靠性的影响程度增大．     

车辆路径问题的形式化及其知识表示方法研究

针对目前车辆路径问题(Vehicle Routing Problem,VRP)求解方法缺乏动态自适应能力这一缺陷,从面向问题的角度出发,研究车辆路径问题的形式化和知识表示。通过深入分析车辆路径问题及其特点,提出了基于知识的车辆路径问题的形式化方法及车辆路径问题的树状知识表示方法,并以此为基础,实现了车辆路径问题的知识表示支持系统,为模型自动生成和问题求解创造条件。     

分离机制下一种互联网安全接入方法

重点研究身份与位置分离机制下源地址真实性保障方面的方法,提出了身份与位置分离网络中唯一且不变的终端身份标识EID结构,并设计了一种保障源地址真实性的安全接入方法,并且给出了相应的协议流程和协议格式,保证了身份与位置分离网络中源地址即终端身份标识EID的真实性.最后使用SVO形式化逻辑对其安全性进行了证明.     

中文文字的计算

中文文字是世界上最古老、使用最广泛的文字，语义丰富，而且可与计算机完美地结合．文字计算可以也应该应用中文文字，以便获得更广泛的应用价值．模糊逻辑为中文文字的形式化提供了一种有效的方法．现在是开展中文文字计算研究的大好时机，并能为投资者提供巨大商机．     

基于TSSM的城市轨道交通CBTC区域控制器建模与验证

针对安全状态机缺乏时间描述能力的缺点,利用反应式系统的同步设计方法,提出了时间安全状态机TSSM (timed safe state machine)建模方法,定义了弱变迁和同步变迁语法,建立了城市轨道交通ZC (zone controller)系统模型.首先,分析了ZC系统的运行环境、工作原理和功能需求,根据ZC反应式系统的特点,利用TSSM在SCADE (safety critical application development environment)中建立了ZC系统列车管理、ZC控制、MA计算和队列管理子模型;其次,通过ZC系统的TSSM网络模型,分析了子模型间的交互信息;最后,采用Lustre语言对ZC系统的安全特性进行了形式化描述,并利用Design Verifier模型检测工具,结合数据流验证了ZC系统的功能和性能需要.研究结果表明,ZC系统TSSM模型的安全性和受限活性均为有效,ZC系统完全满足预期的安全需求.      

离散系统仿真建模形式理论研究

研究了动态系统的建模原理和运行机制，给出了动态系统的数学形式化表达的系统描述的层次结构，讨论了离散事件系统仿真建模的ＤＥＶＳ形式理论，研究了基于理论的仿真建模结构，根据系统理论概念、面向对象的思想和ＤＥＶＳ形式理论，提出向对象铁仿真建模框架，为研究新的仿真系统儿开发新的仿真语言提供了重要的理论依据。