基于控制关系模型的CTCS-3级列控系统功能安全分析方法

本文给出CTCS-3级列控系统中组件控制行为的形式化定义,并针对控制行为的时序关系,提出控制行为时序逻辑。以此时序逻辑为基础,给出控制关系模型的形式化定义,使用控制关系模型对列控系统中的控制行为关系进行刻画。利用深度优先搜索的方式,对系统的控制关系模型进行分析,实现STPA(System-Theoretic Process Analysis)过程中不恰当控制行为的自动化辨识。以CTCS-3级列控系统的RBC交接场景为例,使用上述基于控制关系模型的STPA方法对列控系统的功能安全进行分析。分析过程表明利用形式化的控制关系模型扩展STPA的方法适用于CTCS-3级列控系统的功能安全分析。     

基于统一建模语言的CTCS-3级列控系统风险评估的研究

CTCS-3级列控系统是典型的安全苛求系统,其系统评估技术是一项复杂的系统工程。通过将系统需求由非形式化向半形式化模型转换,运用危险及可操作性研究、故障树分析、事件树分析和原因结果分析等安全分析工具,提出适用于CTCS-3级列控系统的风险评估技术,对我国CTCS-3级列控系统评估具有积极作用。     

面向列控系统安全软件黑盒测试的 危险分析方法

针对高速铁路列控系统安全软件黑盒测试中对危险事件的可测性、全面性和优先性的需求,研究能够生成有效危险事件测试集的危险分析方法。根据列控系统接口交互信息的类型及特点,改进HAZOP的引导词及节点参数并进行接口危险辨识;然后利用风险矩阵评估接口危险事件的风险等级,提出面向安全软件黑盒测试的接口危险分析方法—HAZOP-I;将该方法应用到CTCS-3级列车运行控制系统运行场景中。研究结果表明:该方法能够为列控系统安全软件黑盒测试提供满足需求的危险事件测试集。     

基于失效日志的CTCS-3级列控车载子系统需求错误所致的失效致因分析

CTCS-3级列控系统的复杂性使得某些需求错误难以发现,从而导致系统失效,需要结合失效事件的日志记录反向分析出需求的错误。本文采用基于模型检查的方法,首先利用时间自动机建立CTCS-3级列控车载子系统需求的模型,同时利用失效事件中的记录数据建立描述失效事件过程的事件模型,然后对系统模型和事件模型的组合模型使用UPPAAL工具进行模型检查,验证不通过给出的反例描述了失效事件中系统的行为,对此进行分析可以找到系统需求中的错误并据此对系统进行修改。本文以CTCS-3级列控系统中列车异常紧急制动的真实事件为例,分析了因为需求不充分而导致的系统失效致因,并对解决方案进行了验证。     

基于黑盒测试技术的CTCS-3级列控系统联调联试研究

CTCS-3级列控系统是高速列车安全、可靠、高效运行的关键技术之一。为检验列控系统的总体设计方案和功能需求,在系统集成工作完成后,应在动态条件下,对系统设计方案、总体功能需求和系统接口关系与安全性等进行联调联试。CTCS-3级列控系统联调联试属于典型的黑盒测试,武广高速铁路CTCS-3级列控系统联调联试以黑盒测试技术为基础,将测试模型、测试案例、测试数据、缺陷管理与试验环境充分结合,促进了列控系统联调联试技术的发展。     

单线铁路CTCS-2级列控系统设计应用研究

CTCS-2级列控系统主要应用于双线铁路,在单线铁路中尚无工程应用先例,为解决单线铁路CTCS-2级列控系统应用存在的问题,在符合现行规范、不修改列控车载设备的前提下提出CTCS-2级列控系统总体方案。通过单线铁路与双线铁路的差异性对比分析,结合CTCS-2级列控系统功能需求,对闭塞方式、轨道电路配置、应答器设置、临时限速管理等特殊技术问题进行了研究并提出了解决方案。研究表明:CTCS-2级列控系统应用于时速200～250 km单线铁路能够实现列车高速安全运行。     

郑西高铁GSM-R基站传输电路误码分析

CTCS-3级列控系统是动车组列车的主要行车设备,GSM-R(铁路综合数字移动通信系统)为CTCS-3级列控系统进行车-地数据交互提供重要网络通道。以郑西高铁发生的1次CTCS-3级无线连接超时故障为例,分析了GSM-R基站电路传输误码对CTCS-3级列控系统数据传输的影响,并针对基站存在的安全隐患提出了解决方案。     

基于SPN的CTCS-3级列控系统RBC实时性能分析

RBC(无线闭塞中心)实时性能指标是影响CTCS-3级列控系统运行的关键要素。本文将随机Petri网和马尔可夫随机过程理论结合起来,提出一种新的系统性能分析方法,剖析CTCS-3级列控系统的运行机制,建立RBC子系统周期处理和非周期处理的随机Petri网模型,并利用ERTMS/ETCS的参考数据,分析GSM-R通信环境下RBC的实时性能,在不同系统周期和列车交互数量下得出RBC子系统平均延时曲线。本文对我国CTCS-3级列控系统的规范制定和系统开发具有一定的借鉴意义。     

CTCS-2至CTCS-3等级转换的研究及仿真

分析CTCS-2级转换至CTCS-3级的具体流程以及转换过程中的车地信息交互。以西南交通大学CTCS-3级列控系统仿真平台为研究对象,针对该系统CTCS-2级至CTCS-3级等级转换的功能空缺,在车载子系统中增加等级转换控制模块,完善地面子系统相关功能,并对CTCS-2级至CTCS-3级的等级转换功能进行仿真测试。结果表明,该平台能够正确地完成CTCS-2级至CTCS-3级的等级转换,实现等级转换过程中超速防护功能及司机提示功能,并对等级转换过程中车地仿真消息进行实时记录和显示。     

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列车控制系统数据融合方法研究

数据融合是提高列车控制数据完备性和保证列车安全的重要方法,CTCS-3列控系统已在传感器层面进行了局部数据融合。本文在分析列控系统技术规范、CTCS-3列控系统结构及工作原理的基础上,提出一种CTCS-3列控系统决策层数据融合方法,分析融合的可行性并建立实现该方法的模型。该方法通过CTCS-3列控系统C3控制单元与C2控制单元之间进行列控信息交换,实现行车许可、线路描述信息、临时限速等核心列控数据的数据融合。融合后的列控数据更可信、准确、可靠。使用融合后的列控数据计算列车允许速度和生成监控曲线,使列车控制的安全性更高。     

ATO系统在城际客运专线列控系统的应用探讨

结合城际客运专线的运营需求,提出了其信号系统在既有客运专线CTCS-2级列控系统基础上扩展ATO功能的方案。简要说明了该CTCS-2级+ATO列控系统结构及ATO工作原理,主要分析研究了ATO系统在城际客运专线列控系统的功能实现。该方案的实施,有利于实现运输调度指挥和控制智能化、自动化,在保障运输安全、提高运输效率、优化运输组织方面发挥重要作用。     

列控数据完备性建模方法研究

列控数据作为列车运行控制的基础,是列控系统的中枢神经,其完备性直接关系到列车运行安全.列控数据完备性能够保证列车安全控制数据的完整性、正确性、有序性、实时性、有序性和兼容性.本文以CTCS-3级列控系统和CTCS-2级列控系统之间的等级转换以及典型的设备故障导致降级场景为例,利用随机Petri网建立列控数据完备性模型,重点研究了列控数据完备性的完整性、实时性和兼容性方面的问题,最后提出了用模型完成的成功率以及系统平均延时时间分析列控数据完备性的方法.     

股道靠标停车困难的CTCS解决方案研究

为解决CTCS中的股道靠标停车困难问题,从运营场景分析的角度,采用数学模型的方法分析股道正常靠标停车以及靠标停车困难的原因,内容涉及车载设备的控车逻辑以及停车标、应答器组和防护信号机的位置关系。以CTCS-2级和CTCS-3级线路为例,提出采用开口速度控制方式解决CTCS股道靠标停车困难问题。介绍开口速度控制功能的原理、一些现场应用场景以及所采用的冒进防护措施等,该方案对于CTCS各等级线路具有广泛的适用性。     

基于故障注入的CTCS-3级列控系统可靠性评估技术研究

CTCS-3级列车运行控制系统的可靠性是保证列车安全高效运行的必要条件,因此,在列车控制系统仿真系统上进行各种测试验证试验至关重要。故障注入技术（Fault Injection）是将系统的有效故障模式样本注入到系统中,以此评价系统的功能设计水平,是系统测试性、安全性以及功能验证研究的重要研究基础。根据CTCS-3级列车控制系统的运行特点和软件故障注入的优势,提出将软件故障注入方法应用在列控系统仿真领域进行可靠性验证,设计并实现了一种软件故障注入系统,给出其中的故障案例描述语言、故障库和故障注入软件算法,构建了软件故障注入系统的总体结构和各部分的详细功能结构。通过仿真结果可以看出,软件故障注入方法应用在CTCS-3级仿真系统中,可以有效地模拟故障并执行注入,进一步提高仿真系统的可靠性和容错性。     

CTCS-3级列控系统规范的建模与形式化验证方法研究

CTCS-3级列控系统规范是CTCS-3级列控系统设计与开发的基础,是实现互联互通以及确保系统高效率与安全性的关键环节。然而,依靠经验与直觉制定的规范不可避免地存在某些漏洞或者安全隐患,因此对CTCS-3级列控系统规范进行建模与形式化验证显得十分必要。本文提出CTCS-3级列控系统规范建模与形式化验证方法,此方法的特点是能够在系统规范、模型、验证工具以及验证结果之间建立一条跟踪链,从而始终保证系统规范、模型及程序代码之间的一致性。结合笔者运用此方法对CTCS-3级列控系统规范建模与形式化验证的实践,证明这种方法是可行的、高效的。     

基于场景法的列控系统等级转换功能测试用例设计

为了改善当前列控系统等级转换功能测试用例覆盖不全面的问题,以CTCS-2级转CTCS-3级功能为研究对象,采用场景法分析转换逻辑,设计测试用例。首先,分析CTCS-2级转CTCS-3级的功能逻辑;然后,介绍场景法设计测试用例的过程及基本流和备选流划分原则;最后,采用场景法对CTCS-2级转CTCS-3级过程中的基本流和备选流进行划分,确定基本流和备选流有向图,设计测试用例。结果表明,该方法设计的测试用例能够提高列控系统功能性和安全性测试的完备性,从而保障列控系统产品的质量。     

CTCS-1级列控系统总体方案思考与建议

为完善CTCS列控系统总体架构,基于CTCS列控系统特点分析,并结合既有铁路列控系统现状,对CTCS-1级列控系统总体方案提出建议.重点从列控系统的兼容性、冗余性、可转换、可降级4个方面对CTCS-1级列控系统总体技术方案和总体结构进行论述,并对系统安全性进行分析,为CTCS-1级列控系统的发展提供参考.     

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。     

CTCS-3级列控系统接口在线监测研究

介绍CTCS-3级列控系统接口的监测方法,重点分析如何利用串口监测ATPIgsm-r接口,如何利用专用设备监测RBCPRI接口,以及如何利用交换机端口映射监测安全以太网络接口。按照介绍的方法构造的CTCS-3级列控系统接口监测系统能正确采集、存储、处理、解析监测数据,既能帮助用户实时查看CTCS-3级列控系统各接口的通信情况,也能帮助用户分析各接口历史数据,定位通信故障原因。适合在CTCS-3级实验室以及实际运营线路安装使用。