CTCS-3级列控系统规范建模与验证

结合统一建模语言UML与符号模型检验SMV形式化方法,提出需求规范严格建模和验证方法。利用需求管理工具,保证了模型和规范的一致性和对规范的覆盖性,同时实现了规范验证结果对模型、转换规则和规范的跟踪。给出了CTCS-3级列控系统严格建模与验证的方法体系和流程,并以CTCS-3级列控系统需求规范中的模式转换部分为例,说明了规范的建模、验证和分析过程。     

中国铁道科学研究院2009年科技成果简介(续四)

57郑西客运专线CTCS-3级列控系统综合试验试验大纲郑西客运专线列控系统采用CTCS-3级系统。进行郑西客运专线CTCS-3级列控系统综合试验的目的是综合验证该列控系统能否满足CTCS-3规范的要求以及350 km.h-1运营的要求,同时对其进行稳定性、安全性的动态验证。综合试验     

基于UML的CTCS-3级列控系统需求规范形式化验证方法

采用UML与符号模型检验相结合的方法,对CTCS-3级列控系统需求规范进行形式化验证.使用引入事件、可见变量抽象的方法,对需求规范UML模型进行扩展和抽象.根据转换规则,建立需求规范的NuSMV模型,并对NuSMV模型进行领域无关特性和领域相关特性的验证,通过反例对错误进行追踪、定位和修改.以需求规范中的模式转换为例,采用给出的形式化验证方法对其进行验证,验证结果确认模式转换满足活性、转移性、无死锁性、确定性及安全性的要求;验证过程表明UML与符号模型检验相结合的方法适用于CTCS-3级列控系统需求规范的验证.     

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。     

基于UML与CPN的CTCS-3级列控系统建模与验证方法研究

CTCS-3级列控系统安全功能极其复杂,为保障其正常运转,有必要对列车运行控制系统的建模与验证进行深入研究。在分析了UML建模图和有色Petri网优缺点的基础上,提出了UML和有色Petri网(CPN)相结合的建模与验证方法,并应用在CTCS-3系统中,对CTCS-3级列控系统的建模与验证具有积极的研究意义。     

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ROPES的CTCS-3级列控系统车载设备的建模

针对列控系统传统建模方法存在的缺点,在对CTCS-3级列控车载设备进行需求分析、系统分析和对象分析的基础上,引入嵌入式系统的快速面向对象开发过程(ROPES)的建模方法。利用该方法进行CTCS-3级列控系统车载设备的体系架构设计,建立了系统的详细模型。利用Rhapsody工具,将模型转换成基于实时框架技术可执行的代码,自动生成测试案例,对模型进行验证。测试结果表明,该建模方法有效降低了软件设计的复杂度,缩短了车载设备软件的开发周期。     

CTCS－3级列控系统测试案例生成方法的研究

CTCS-3级列控系统是保障铁路行车安全、提高运输效率的重要设备,上道运用前必须在实验室和现场分别进行功能测试,建立CTCS-3级列控系统测试案例库对CTCS-3级列控系统的功能测试具有非常重要的意义。分析了系统需求规范、功能特征和测试案例之间的关系,研究了从系统需求规范和总体技术方案提取功能特征的方法和测试案例的生成方法。     

基于HUML扩展机制描述列控系统安全特性的研究

针对在列控系统建模和形式化分析领域UML模型难以直接描述系统安全特性的问题,提出一种利用UML支持的底层扩展机制对HUML进行面向列控系统安全特性的扩展方法。该方法给出列控系统安全特性需求,通过在HUML元模型中增加安全特性包,对安全特性元素进行定义,创建安全相关概要文件,并在建模软件中得到实现,最后介绍该方法在CTCS-3级列控车载设备故障方面应用的一个实例。新的建模方法丰富了列控系统HUML模型的表达能力和应用范围,使得列控系统安全特性能够直接被描述,从而将安全分析的起点提前至系统建模阶段,为列控系统建模和形式化分析提供一条新的思路和途径。     

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。     

一种基于场景的CTCS-3列车控制系统建模方法研究

对CTCS-3列车控制系统进行有效的测试、分析和验证是保证列车运行安全和旅客生命财产安全的重要手段,而形式化模型是系统测试、分析和验证的基础。本文以CTCS-3列车运行控制系统的UML非形式化模型为基础,以自动机模型作为系统形式化模型描述的数学工具,研究UML顺序图(场景)自动转化为自动机网模型的方法。首先将场景的UML顺序图自动转化为子系统的子自动机模型,然后通过合并不同场景的子自动机模型,得到子系统的组元自动机模型,最后通过对通信通道的建模得到系统的自动机网模型。使用本方法,基于系统的UML顺序图模型可以自动生成系统的自动机网模型。     

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。     

列车运行控制系统仿真平台的研究

高速列车运行控制系统是中国铁路信号领域的主要发展方向。高速列控系统仿真平台主要由车载ATP系统、地面仿真平台、GSM-R网络平台以及仿真测试平台构成,面向符合CTCS-3级和CTCS-2级技术规范的车载设备和关键地面设备,实现其相关功能测试和验证。     

Timed RAISE方法在列控系统等级转换场景中的应用研究

高速铁路列车运行控制系统是一个复杂的实时性系统,结合其实际特点,将域方法作为系统描述的切入。通过对模型检验和定理证明两种验证方法的分析比较,提出使用基于定理证明的时间化工业软件工程的严格方法Timed RAISE形式化方法对等级转换(CTCS-2级至CTCS-3级)场景进行描述,并对其场景交互一致性和实时性进行验证,结果表明该场景不会出现场景交互一致性错误,也不会违反时间的约束。     

CTCS-3级列控系统标准规范体系的研究

为推进高速铁路CTCS-3级列控系统自主集成创新,我国开展了CTCS-3级列控系统技术体系研究。经过近3年的努力,初步建成了具有完全自主知识产权的CTCS-3级列控系统技术标准体系,CTCS-3级列控系统标准规范在武广、郑西和广深港等高速铁路列控系统建设中发挥了重要的指导性作用。阐述了标准规范对行业技术发展的重要性;简要介绍了国外典型的列控系统标准规范;详细描述了CTCS-3级列控系统标准规范的体系结构及主要规范的内容。     

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。