ETCS-2级列控系统RBC交接协议的形式化分析

RBC(无线闭塞中心)交接协议是影响ETCS-2级欧洲列车运行控制系统的控制精度、效率、可靠性和安全性的主要因素之一.对该协议的形式化分析可为我国CTCS-3级列车运行控制系统的规范制定和系统研发提供参考.随机Petri网语义清晰、语法严谨,并且具有良好的数学理论支撑,与仿真手段相比能够得出更加可信的定量分析结果.本文选择随机Petri网(SPN)这一形式化语言对RBC交接协议进行研究,综合信道突发降质、GSM-R小区切换、链路中断等故障因素,针对两种协议方案分别建立RBC交接失败概率模型,分析列车运行速度、RBC重叠范围对交接成功概率的影响.结果表明基于两个车载电台、切换时能同时与两个RBC通信的RBC交接协议能够更好地保证列车交接过程的安全性,对行车效率的影响比较小.     

基于Timed-UML顺序图的RBC交接形式化建模与分析

在CTCS-3级列控系统中,采用RBC技术将线路划分成多个管辖区段。当列车行驶并跨越相邻RBC交界区域时,控制权将会移交至前方相邻RBC,整个过程称为RBC交接。在运行中,RBC交接过程能否实时安全可靠地执行,直接影响着列车的行车效率和乘客的生命安全。采用一种基于添加实时约束的UML顺序图与时间自动机结合的模型来建立RBC交接场景。以双车载电台的RBC切换策略出发,建立切换的Timed-UML顺序图模型,然后按照UML-TA转换规则,建立得到完整的时间自动机网络模型。并利用UPPAAL验证工具对RBC交接模型进行形式化建模及分析,对模型的死锁和功能实现做了验证,从而达到对CTCS-3级RBC子系统的实时性以及设计规范合理性的验证目的。     

ETCS-2与CTCS-3在功能方面的差异性分析

列车运行控制系统是保障高速列车行车安全、提高铁路运输效率的核心装备。中国的CTCS-3列控系统和欧洲的ETCS-2级列控系统具有相似的功能。介绍CTCS-3级和ETCS-2级存在差异的功能、ETCS-2系统特有的功能、CTCS-3系统特有的功能。     

CTCS-3级列控系统RBC控车场景建模与验证

应用统一建模语言UML与模型检验工具PHAVer(Polyhedral Hybrid Automaton verifier)相结合的方法,研究CTCS-3级列控系统RBC控车场景:列车注册与启动、行车许可、等级转换、列车注销的混成性。首先通过UML支持的扩展机制,引入构造型(Stereotype)对UML进行面向混成性的扩展,建立RBC控车场景UML模型,实现对RBC控车场景混成性的描述。然后依据UML到PHAVer的转换规则,将UML模型转换成PHAVer模型。最后,依据CTCS-3级列控系统需求规范,总结RBC控车场景的功能需求,运用PHAVer进行验证,证明CTCS-3级列控系统需求规范的正确性。     

客运专线CTCS-3级列控系统无线闭塞中心的建模与验证

本文分析客运专线CTCS-3级列控系统中无线闭塞中心(RBC)子系统软件的功能和性能约束,在此基础上采用时间自动机理论进行RBC子系统形式化语义描述,建立TER-QSR时间自动机网络模型,并应用UPPAAL验证工具对RBC子系统进行仿真分析,验证RBC的安全性(Safety)和受限活性(Bounded Liveness),同时进行RBC切换时间的优化。     

200～350km/h列车运行控制系统关键技术研究

通过分析CTCS-2、ETCS-2和CTCS-3列车运行控制系统的不同特点,在CTCS-2应用的基础上,提出一种能够满足200～350 km/h列车运行速度的列车运行控制系统(CTCS-235).CTCS-235系统利用CTCS-2系统设备,通过增加轨道电路列控信息、改变闭塞分区设置等方法,解决了满足300～350 km/h列车运行控制信息量和列车安全追踪间隔问题,实现对200～350km/h列车安全控制.同时,CTCS-235系统克服了ETCS-1点式系统实时性较差的缺点;避免了CTCS-3系统由于轨道电路传输信息和GSM-R传输信息不兼容,造成ETCS-2 与CTCS-2兼容性实现复杂等问题.CTCS-235系统结构简单,兼容性好,便于实现,成本低廉.本文阐述CTCS-235系统的构成和工作原理.分析满足300～350 km/h列车控制信息量、闭塞分区设置、兼容性、系统的可靠性和安全性等关键技术.将CTCS-235系统的性能和特点与 CTCS-2、ETCS-1和CTCS-3系统进行了比较.     

国外资讯

正ETCS系统的在线密钥管理系统KMS欧洲铁路为保证ETCS-2级系统的正常运营,统一定义了负责产生和分配ETCS密钥的密钥管理系统(KMS)。随着2015年12月德国爱尔富特—莱比锡/哈雷新建高速线(VDE 8号铁路)ETCS-2级系统的投入运营,德铁路网公司开始由密钥管理中心KMC承担上述任务。按照可互操作性技术规范规定,E T C S系统的车载计算机连接线路侧无线闭塞中心(RBC)的接口,由密码钥匙进行安全管理。该规范     

基于Timed RAISE的高速列车RBC切换协议形式化建模及验证

在CTCS-3(Chinese Train Control System Level 3)级列控系统中,RBC(Radio Block Center)切换是影响列车安全高效运行的重要环节,现阶段对RBC切换协议进行验证分析所使用的形式化方法还存在状态爆炸或描述性质单一等问题。基于Timed RAISE的形式化方法,结合域的模型,在对RBC切换流程分析的基础上,构建状态转移图,得到切换协议的形式化模型,使用等价和推断的推理规则对模型的正确性和实时性进行推理验证,得到的结果表明,RBC切换协议满足规范标准对正确性与实时性的要求,将验证结果与其他文献的结论进行比较分析,说明该方法具有通用性,对于推广其在列控系统场景验证中的应用有一定的实际意义。     

需求阶段的无线闭塞中心交接危险因素分析

根据STAMP理论分析需求阶段的RBC交接危险因素,利用分层控制框图对RBC交接过程的控制关系进行描述;使用混成自动机对其中的控制算法、组件状态变化进行建模;给出控制结构中过程模型的形式化定义,并使用对象约束语言OCL对过程模型进行构建。根据需求阶段的控制缺陷分类,利用人工分析和形式化分析相结合的方式,分别对与输入相关、与功能模块相关以及与系统需求规范相关的危险因素进行分析。通过结果对比发现,本文所提基于STAMP理论的方法适用于需求阶段的RBC交接危险因素分析。     

一种基于模型的形式化测试序列自动生成方法及在ETCS-2中的应用

随着中国铁路列车运行控制系统的发展,对列控系统的研究越来越受到学术界的关注。本文提出一种基于模型的形式化测试案例和测试序列生成方法,并应用于ETCS-2级系统的测试中。首先提出有色Petri网(CPN)的建模规则,保证CPN模型适应测试生成的要求;然后,提出一种自动化的测试生成方法,包括测试案例自动生成算法和测试序列搜索算法。为提高整个测试过程的自动化程度,实现测试生成与测试执行的无缝结合,整个测试生成方法的输出是XML格式文件集。最后,以ETCS-2系统的车载子系统为例,运用CPN Tools工具完成建模,实现相应的算法,实现测试生成过程。结果表明,本文提出的基于CPN的测试方法能够在很大程度上提高测试过程的自动化程度,并且生成的测试案例集能够覆盖CPN模型反映的所有ETCS-2系统需求规范信息。