基于Multi-Agent的列控系统复杂运营场景建模与仿真方法研究

针对高铁列控系统的并发性、混成性、交互性等特点,基于列控系统技术规范,结合Multi-Agent理论、Prometheus建模方法以及仿真技术,提出基于Multi-Agent的高铁列控系统复杂运营场景建模与仿真方法。最后,以CTCS-3级列控系统的RBC切换场景为例,构建基于Multi-Agent的RBC切换场景模型,并利用Multi-Agent仿真工具对模型进行仿真。仿真结果表明,该方法能够满足列控系统并发、混成、交互的复杂特性,可为列控系统复杂运营场景建模仿真与安全分析提供技术支撑。     

基于STPA与多智能体的列控运营场景危险分析及仿真验证方法

针对列控系统运营场景危险行为与危险致因辨识的复杂性特征及其缺乏有效的仿真验证手段等问题,考虑致因因素间呈现的非线性特点,提出1种将系统理论过程分析(STPA)方法与多智能体仿真技术相结合的列控运营场景危险分析及仿真验证方法.以单电台无线闭塞中心(RBC)切换场景为例,构建分层控制多智能体结构模型,利用STPA方法辨识R...     

高速铁路列控系统运营场景实时性的建模与验证

高速铁路列控系统是一个典型的分布式实时系统,其时间约束主要反映在运营场景中子系统之间的交互过程中。时序逻辑的扩展方法并不能完全满足描述分布式实时系统性质的需要,并且随着系统的复杂性提高,列控系统运营场景中诸如超时、期限、直到…才等形式化描述与验证上存在不足。本文提出一种适合于列控系统场景建模与验证的方法,其核心思想是使用混合通信顺序进程HCSP(Hybrid Communicating Sequential Process)形式化描述分布式实时系统模型,提出转换规则,转换成时间自动机网络模型并进行自动验证。最后通过对典型场景无线闭塞中心RBC(Radio Block Center)切换的相关属性进行建模与验证,分析证明方法的有效性。     

列车运行控制系统多分辨率模型描述方法研究

列车运行控制系统仿真是研究列控系统的一个十分有效的手段。采用多分辨率建模理论,能够准确建立列控系统仿真模型,而多分辨率模型描述是多分辨率建模理论研究的基础环节。针对列控系统结构明确、仿真分布式的特点,提出了一种新的多分辨率模型描述方法,该方法将多分辨率建模与多分辨率仿真进行区分,提出了多分辨率模型域的概念,从而在仿真过程中,不同分辨率模型结构可以实现动态切换且不影响仿真系统的正常运行,为了维护模型间以及模型与仿真系统的一致性,设计了接口模型,以此解决了模型分辨率切换的数据正确性问题。对列控系统运行的简单过程进行了建模,通过仿真可以看出该方法的优势所在。     

基于多分辨率建模方法的CTCS-3级列控系统仿真技术

基于多分辨率建模和高层体系结构,对CTCS-3级列控系统进行仿真研究。根据CTCS-3级列控系统的结构,选择无线闭塞中心(RBC)、列控中心(TCC)、应答器信息传输模块和车载安全计算机4个关键模块组成控车模型。采用多分辨率建模方法,根据信息交互细节层次的不同,将控车模型中的不同模块划分为低、中、高3种分辨率模块。应用HLA仿真技术,构建控车模型中联邦对象模型和成员之间的属性公布与订购关系,应用RTI软件实现控车模型的仿真过程。实现了如下仿真场景:控车模型联邦与RTI软件的连接与退出;不同分辨率情况下的RBC与TCC信息交互生成行车许可;车载安全计算机绘制计算目标距离曲线;列车行驶视图显示。仿真结果验证了多分辨率建模方法在CTCS-3级列控系统仿真中的可行性。     

基于运营场景的CTCS-3级列控系统功能需求分析

为了满足我国高速铁路的运营要求,通过自主创新形成了一套完整的基于无线闭塞技术的中国列车运行控制系统CTCS-3级规范。从CTCS-3级列控系统运营场景的角度,对CTCS-3级列控系统的功能需求进行分析,包括列车注册与注销、等级转换、行车许可、调车、紧急情况处理、临时限速、RBC切换等。     

基于UML的CTCS-3级列控系统运营场景分析方法研究及应用

CTCS-3级列控系统是典型的安全苛求系统,而对于安全苛求系统来说,系统需求规范中的安全隐患是最致命的。CTCS-3级列控系统的需求规范由14个运营场景来描述,因而以运营场景为单位,对规范进行分析与研究是合理的,并且是必要的。以UML和CSP为基础,提出一套适用于CTCS-3级列控系统运营场景的分析和验证方法,并以＂RBC切换＂场景为例,运用该方法分析了其活性、死锁、活锁、确定性和部分安全性。     

基于有色Petri网的RBC行车许可生成建模与仿真

CTCS-3级列控系统行车许可是保证高速列车安全运行的关键信息,及时准确地为辖区内列车计算和发送行车许可是RBC(无线闭塞中心)子系统的主要功能之一。在分析CTCS-3级列控系统不同运营场景下行车许可生成机制的基础上,采用层次化描述思想,建立基于CPN(有色Petri网)的RBC行车许可生成模型,并运用动态仿真和状态空间分析工具对模型进行了仿真分析。结果表明,所建模型能够满足不同运营场景下计算行车许可的要求,无死锁,并具有活性、回归性和公平性,为分析列控系统性能提供了很好的试验平台。     

基于混合通信顺序进程的高速铁路列控系统形式化建模与验证方法

针对高速铁路列控系统的混杂特性,提出一种基于混合通信顺序进程(HCSP)的列控系统形式化建模与验证方法。引入了HCSP的假设条件,建立列控系统的行为模型;定义了HCSP到混合自动机(HA)的转换规则,将HCSP模型转换成HA模型;利用模型检验工具PHAVer对HA模型进行自动验证。以高速铁路列控系统典型的行车许可运营场景为例,建立区间闭塞分区行车许可场景的HCSP模型;根据转换规则将行车许可场景的HCSP模型转换成HA模型;用PHAVer验证了所建立的区间闭塞分区行车许可场景模型的正确性,从而证明了基于HCSP的高速铁路列控系统建模及验证方法的有效性。     

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。     

CTCS-3级列控系统中RBC功能需求及接口分析

无线闭塞中心(RBC)是CTCS-3级列控系统的核心地面子系统,随着300km/h以上CTCS-3级客运专线的建设,RBC的运用越来越广泛。着重分析RBC结构、列控系统运营场景中的功能需求、容量计算以及与CTCS-3级列控系统中其他子系统的接口,对CTCS-3级列控系统工程设计中RBC的功能划分和接口设计有很大的帮助。     

基于路径优化算法的测试序列自动生成及验证

随着中国铁路运行控制系统的高速发展,列控系统行为功能的正确性与安全性成为业内关注的焦点,本文提出一套完整的测试案例与测试序列自动化生成的方法。制定与系统CPN模型、测试序列相关的定义;利用本文提出的全路径覆盖优化算法和序列优选算法生成XML测试序列;以CTCS-3级列控系统下RBC的切换为例,自动生成测试案例与测试序列,并在RBC测试平台上进行验证。结果表明:本文提出的测试生成方法可实现测试的自动化,针对RBC切换场景生成的测试序列重复度降低了75%,完全覆盖《CTCS-3级列控系统功能需求规范》中的相关内容。     

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。     

高速铁路动车段试车线列控系统设计方案研究

在目前尚未制订高速铁路动车段试车线列控系统技术标准的情况下,研究分析我国高速铁路动车段试车线动车组列控车载设备的测试需求,针对车载设备主要功能(包括列控模式切换、列控等级转换、临时限速、车载与RBC仿真系统建立连接和无线通信会话、RBC切换、轨道电路信息接收、应答器信息接收、自动过分相、测速测距、常用制动、紧急制动等)进行测试流程及试车场景设计,在此基础上研究试车线列控系统设备组成,提出高速铁路动车段试车线列控系统设计方案,达到动车组在试车线上往返运行一次即可实现对列控车载设备性能全面测试的目标。     

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。     

基于变异模型的CTCS-3级列控系统测试用例自动生成方法研究

本文提出一种基于变异模型的CTCS-3级列控系统测试用例自动生成方法。根据列控系统需求规范,建立它的SMV（Symbolic Model Verifier）模型,对此模型进行变异,将变异之后的模型输入到模型检验器SMV中,利用模型检验生成反例的技术,自动生成测试用例,提高了测试用例的生成效率。并以CTCS-3级列控系统的无线闭塞中心（RBC）切换场景为例,验证了该方法的有效性。     

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。     

基于SSM-HAZOP的自主化ATP等级转换功能建模与验证

针对高速铁路列控系统安全完整性等级要求高、安全功能需求验证难等问题,考虑列控系统安全需求建模具有层次性、并发性等特点,以自主化ATP等级转换功能为例,综合运用安全状态机(SSM)建模理论,以及危险与可操作性分析方法 (HAZOP),提出一种基于SSMHAZOP的建模与自动验证方法。首先建立等级转换功能的SSM模型,然后基于HAZOP方法提取安全属性,最后利用SCADE DV工具自动验证等级转换的安全需求。结果表明,该方法能够满足列控系统等级转换安全需求建模与验证的要求,可应用于自主化ATP的安全验证。     

基于有色Petri网的CTCS-3级列控系统RBC切换的建模与形式化分析

在CTCS-3级列控系统中,车载设备在执行RBC切换过程中所用时间的长短和切换成功概率的大小,严重影响着列车的运行效率。本文利用有色Petri网对车载设备进行RBC切换的两种方式分别建模,模型中引入GSM-R故障模型和非周期消息模型,模拟在GSM-R网络中消息的传输过程和重发机制。研究结果表明:基于两部车载电台的RBC切换方式比基于一部车载电台的RBC切换方式所用时间更少,效率更高。列车速度、消息重发时间间隔都会影响列车执行RBC切换的时间。消息重发时间间隔和RBC重叠范围又会影响车载设备进行RBC切换的成功概率。     

CTCS-3级列控系统无线闭塞中心功能需求研究

本文重点研究CTCS-3级列控系统无线闭塞中心(RBC)的功能需求及外部接口等.通过对CTCS-3级列控系统系统需求规范进行深入分析,得出RBC应具有的主要功能.在仿真平台中实际应用表明,本文所述的RBC功能需求、信忽流及外部接口等能够满足CTCS-3级列控系统仿真测试平台建设需求.