基于MSC与UPPAAL的高铁跨界临时限速建模与验证

临时限速服务器是高铁列控系统的重要组成部分,其不仅要校验CTC下发的临时限速命令,还要与相邻调度台临时限速服务器之间进行频繁的信息交互,因此对其安全性和实时性要求也更苛刻。为了满足高铁列控系统对其运行的要求,采用时间自动机理论和消息顺序图(MSC)相结合的方法,首先建立跨界临时限速命令的MSC模型和时间自动机子模型,再利用UPPAAL验证工具对形式化语法BNF描述的时间自动机子模型属性进行验证。根据仿真验证结果确认了跨界临时限速信息的安全性和受限活性,为进一步开发临时限速服务器功能提供了重要的依据。     

基于UPPAAL的列控系统临时限速建模与验证

临时限速系统是列控系统的重要组成部分,是符合"故障-安全"准则的安全苛求系统。文章基于临时限速技术规范和时间自动机理论,分析临时限速系统的组成结构,提取其功能和性能约束,利用UPPAAL工具对其信息交互行为进行建模仿真,验证该系统的实时性,为进一步完善临时限速系统的设计与开发提供参考。     

基于时间自动机的跨界临时限速建模与分析

针对高铁列控系统实际运行中的需求,基于时间自动机理论,对高铁列控跨界临时限速进行建模分析,利用UPPAAL验证工具,对跨界临时限速信息的安全性和受限活性进行验证,并确认结果。     

基于MSC与UPPAAL的区域控制器切换场景建模与验证

区域控制器(Zone Controller,ZC)边界切换场景是城市轨道交通列车控制系统的重要场景,切换过程中移交ZC、接管ZC和车载子系统之间要进行频繁的信息交互,因而对其安全性和实时性有更严苛的要求。根据ZC子系统特点,将MSC半形式化方法作为切入点,结合时间自动机理论,建立ZC切换场景的MSC模型和时间自动机网络模型,用于ZC切换场景功能和受限活性的安全验证。结果表明:ZC边界切换控制功能满足系统安全性和受限活性的规范要求。因此此种建模验证方法是可行的,可以将其应用于列控系统其他场景的建模与验证过程中。     

基于UPPAAL的列车自动防护系统形式化建模与验证

本文分析列车自动防护(ATP)系统的结构和功能需求,建立系统的时间自动机模型,采用UPPAAL模型验证工具对模型的活性和安全性进行验证.结果表明,采用时间自动机对安全苛求实时系统进行建模与验证,可以有效地保证系统的可靠性和实时性.     

基于时间自动机的自主化ATP等级转换功能建模与验证

自主化ATP(列车自动保护)系统在国产化ATP系统的基础上,增加了一些新的功能需求。针对自主化ATP系统安全关键功能的安全性和正确性保障的问题,以自主化ATP系统中典型的C2等级转换C3等级的等级转换功能为研究对象,采用时间自动机形式化地分析等级转换功能的安全性、活性和实时性。研究时间自动机的数学理论基础,分析自主化ATP系统等级转换功能的逻辑和与其他系统的数据交互;采用时间自动机建模方法,从ATP、RBC(无线闭塞中心)和应答器3个方面,建立C2等级转换C3等级的时间自动机模型;研究自主化ATP系统等级转换功能需要满足的安全性、活性和实时性要求,利用UPPAAL软件验证等级转换功能的系统性质。结果表明,自主化ATP系统C2等级转换C3等级功能满足期望的系统需求。     

临时限速服务器软件设计优化研究

临时限速服务器(TSRS)实现临时限速集中管理,是CTCS-2/3级列控系统基础设备。分析TSRS与外部设备交互的临时限速状态及其转换关系,提出4类TSRS软件优化措施:取消临时限速生命周期优化设计,优化限速取消流程;拟定阶段增加照查检查解决限速错误拟定问题;验证执行阶段暂停TSRS间限速刷新解决偶发性的限速验证、执行操作失败问题;基于平衡二叉查找树的临时限速管理提出满足要求的大小平衡二叉树(SBT)、AVL树和红黑树(RBT)算法,测试3种算法随机插入和删除多条临时限速的效率,找出适合TSRS的临时限速管理算法。可为TSRS软件的优化设计提供决策依据。     

既有线临时限速预警控制技术研究与试验

为确保列车安全通过既有线临时限速区段,综合应用射频识别、信息处理与控制、无线数据通信、地理信息系统(GIS)等技术,研发铁路既有线临时限速预警控制系统.在既有线临时限速区段前设置带有临时限速信息的射频标签,在机车上安装射频标签车底识别器和临时限速信息预警控制装置等车载设备.当列车接近临时限速区段时,车载设备自动读取和显示射频标签内的临时限速信息,并向列车司机发出临时限速的语音提示;当列车超速时,车载设备自动输出制动控制信号.为临时限速区段设置的限速信息可利用手持机读取和编辑,并通过其内置的无线通信模块传送到临时限速信息管理服务器,在基于GIS的地图上实时显示临时限速区段的设置情况.经实车试验表明,该系统实现了列车接近和通过既有线临时限速区段时地一车之问临时限速信息的实时自动传递和列车限速预警控制,满足设计和应用要求.     

基于时间自动机模型的安全计算机平台的形式化验证

众多工业控制领域要求计算机控制系统具有高可靠、高可用和高安全的运行基础,2乘2取2冗余结构的安全计算机平台是提高系统安全性、可靠性的一种重要解决方式。CBTC列控系统的安全计算机平台采用2乘2取2冗余结构,它是一个实时系统,控制过程需要考虑时间因素。本文分析CBTC系统安全计算机平台系统的组成结构,提取出系统的功能约束,采用基于时间自动机理论的建模验证工具UPPAAL建立系统的自动机网络模型,进行仿真分析,验证系统的功能性、实时性、安全性要求。     

基于UPPAAL的城市轨道交通CBTC区域控制子系统建模与验证

CBTC(Communication Based Train Control)系统可有效提高轨道交通的列车运营效率,降低系统建设和维护费用.在系统研发过程中需对系统进行建模、仿真和验证,发现系统设计缺陷,以保证系统的安全性.CBTC区域控制子系统是一实时控制系统,它要求控制时间的精确性和控制过程的准确性.本文通过分析城市轨道交通CBTC区域控制子系统的结构,给出满足该子系统安全性的功能和性能要求,并结合时间自动机理论方法提出包含列车、速度距离控制器、区域控制器和多车控制队列的时间自动机网络模型.同时,应用UPPAAL验证工具对CBTC区域控制子系统进行仿真建模,并验证该子系统功能和性能要求,从而保证了系统模型的安全性和受限活性.     

车车通信列控系统资源管理单元安全性分析

基于车车通信的列控系统在传统车地通信的基础上,引入了车车通信技术,后车与前车实时通信,极大地简化了地面设备,提高了列车运行效率.使用STPA法对该系统的关键设备(资源管理单元)的安全性进行研究.以资源管理单元下发临时限速命令的过程为例,识别出过程中的危险行为,找出系统的不安全因素,规划安全性设计需求.通过安全性设计需求...     

基于时间自动机的CBI道岔转换时间建模与验证

针对CBTC计算机联锁安全性十分重要的问题，介绍时间自动机理论，分析CBTC计算机联锁系统的结构和与传统联锁系统的区别，以CBTC联锁系统的道岔转换功能为例，采用UPPAAL建立了道岔转换模型，分析模型的安全需求。表明了在联锁系统开发过程中采用基于时间自动机建模与验证的方法的可行性和有效性。     

基于XML的时间自动机状态可达性分析在RBC子系统中的应用

时间自动机中的状态可达性分析是模型建立完成之后的一个重要验证工作,大多数时间自动机建模工具均为非开源代码,不能与实际系统进行有机的结合.本文以CTCS-3中的无线闭塞中心(RBC)[1]为实际系统,提出基于XML的时间自动机状态可达性分析[2],实现了建模工具与实际测试平台不同开发环境下的数据交互,为完善整个测试平台在理论方法与实际应用相结合方面提出一个较为可行的方法.     

利用时间自动机理论探讨客专RBC控车流程

基于时间自动机理论,在UPPAAL这种目前最先进的实时系统建模分析验证工具中,对RBC系统消息收发进行分析、建模及验证。最终对RBC系统控车消息收发流程的特性进行验证,对于保证RBC系统控车流程的安全性、减少系统开发周期及开发成本都有重要的实际意义。     

基于MSC与UPPAAL的列控系统等级转换场景形式化验证

等级转换是C3级列控系统的重要场景,是列控系统兼容性的集中体现,转换的成功与否直接关系到列车的运行安全和行车效率。因此,有必要对设计规范中所描述的转换过程进行形式化建模和验证,以保障系统的安全性和实时性。为保证设计规范与所建模型的一致性,采取消息顺序图(MSC)与时间自动机相结合的方式,建立等级转换场景中C2级向C3级转换过程的MSC模型,并将其转换为时间自动机模型。应用UPPAAL对模型的安全性和受限活性进行仿真验证,结果表明设计规范中所描述的转换过程是安全可靠的,可以满足C3级列控系统的兼容性和安全性要求。     

重载铁路调度集中系统的研究

分散自律调度集中系统是将列车运行调整计划下传到各个车站自律机中自主自动执行;在列车运行调整计划的基础上,解决列车作业与调车作业在时间与空间上的冲突,实现列车和调车作业的统一控制.在重裁铁路上实施调度集中要解决重载运输干线上高密度列车运行条件下列车进路的自动排列.并对调车作业和列车作业进行冲突检测和调整.给出了重载铁路分散自律调度集中系统的整体结构,详细研究了针对重载运输组织的系统功能和特点.对重载运输铁路调度集中具有借鉴和示范作用.     

列车调度指挥系统信息共享平台的设计与实现

概述了郑州铁路局列车调度指挥系统信息共享平台的结构设计和功能实现,设计出了在充分保证CTC/TDCS和TDMS网络安全的前提下,利用网闸、多样的数据交换方式等技术,能够实现2个系统信息实时、安全、可靠共享信息平台。