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高速铁路列车运行控制系统的形式化建模与验证方法研究

高速铁路列车运行控制系统(简称:列控系统)融入了先进的计算机、通信以及控制技术,极大地提升了系统的效率和安全性。由于系统的硬件集成度不断提高,大量软件参与系统控制,使得系统特性也呈现出结构分布、实时性强、响应快速等多样化的趋势,系统特性的验证也愈加困难,因此需要找到一条更为有效、全面的方法实现列控系统的特性验证,进一步提升系统的性能或完善系统功能。基于严格数学定义的形式化方法,由于其能够精确、清晰地描述系统结构和相关特性,同时能够验证系统的相关特性,近年来在列控系统领域得到迅速发展,并且已经成为描述和验证高速铁路列控系统特性的一种重要方法。论文对列控系统的形式化建模、描述以及验证方法的应用展开了综述。分析了RAISE (Rigorous Approach to Industrial Software Engineering,工业软件工程的严格方法)形式化方法在列控系统中建模与验证的优势,并在此基础上,首次将Timed RAISE  (本文共142页) 本文目录 | 阅读全文>>

兰州交通大学
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列车安全距离控制形式化建模与验证

我国铁路近些年发展形势迅猛,列车的安全行驶问题同时逐渐受到人们的高度关注。列车车载自动防护系统(ATP)的核心功能是对列车的行车安全进行安全防护,最大限度地保障列车的行车安全。列车车载自动防护系统对于列车运行控制系统来说十分的重要,列车任何时间的具体位置以及列车运行的行车间隔、速度、加速度等重要信息都是由列车定位的功能来实现。现代化的列车车载自动防护系统采用了先进的信息技术,然而其系统本身由于系统化、网络化、复杂化且具有极强的实时性及其分布式设备特征以及其混合属性的特点,采用形式化方法建立其相对应的设备系统模型能够更最大程度地理解和分析列车车载自动防护系统,并可以用更小的成本尽可能的观察系统在逻辑正确性、整体一致性和功能完备性上的表现。形式化建模仿真语言Event-B是一种处于发展前言的语言,其建模仿真平台是由Rodin这款软件来提供。该语言中的Machine部分经过不断提精之后,利用计算机模拟计算其中事件的不变式能够达到模拟真...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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高速磁浮列控系统运行场景构建与形式化验证

高速磁浮技术作为区别于轮轨高铁的新型交通运输手段,是未来高速和特高速轨道交通系统发展的重要方向。近年来,我国对高速磁浮列车技术开展了相关研究,计划在未来五年之内建成时速600公里条件下的高速磁浮试验线。高速磁浮列车运行控制系统作为保证列车安全运行的关键,其工程应用方面的研究已刻不容缓。高速磁浮列控系统的工程应用需要相应的场景规范来进行指导,由于运行机理的区别,成熟的轮轨高铁列控系统运行场景无法照搬在高速磁浮列控系统上,而目前国内也没有系统的开展过高速磁浮列控系统运行场景方面的研究。本文从高速磁浮试验线列控系统的研发和建设出发,对高速磁浮列控系统的运行场景进行了相关研究,主要工作如下:首先,提出了统一建模语言UML结合通信顺序进程CSP的高速磁浮列控系统运行场景分析方法,制定了 UML模型和CSP模型之间的转换规则,给出了方法的具体内容和流程;其次,根据高速磁浮列控系统的系统结构和功能特点,构建了 9个高速磁浮列控系统的运行场景,...  (本文共122页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安电子科技大学
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高速铁路列车控制系统可靠性关键问题研究

列车控制系统根据机车在运行过程中的时间、天气、环境、线路、信号指示等状况和其他条件完成对机车的运行状态进行监督、启停进行控制、速度进行调整等操作,用以提高铁路运输效率、保证机车运行安全,是铁路运输系统中保证列车安全可靠运营的重要技术装备。可靠性是列车控制系统的主要指标。随着计算机、通信以及控制技术不断发展以及在列车控制系统中广泛应用,列车控制系统的可用性、安全性、可靠性有极大提高。相对于普速铁路而言,首先高速铁路在运行速度上有了极大的提高,列车在高速运行过程中环境、信号等方面的变化和处理更加复杂,响应速度不断提高,对高速列车运行状态监督、速度控制、运行的安全性和可靠性等方面对列车控制系统提出了更高的要求;其次高速铁路相对于普速铁路来说,列车控制系统硬件系统集成度更高、软件复杂度更高、软硬件耦合性更强,在描述和验证列车控制系统可靠性方面出现新的问题和困难;因此需要对高速铁路列车控制系统可靠性问题进行深入研究。本文在综述了高速铁路列...  (本文共117页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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基于时间自动机的列控中心软件形式化建模与验证

摘要:列车运行控制系统是我国高速铁路的核心技术之一,目前我国高速铁路均采用CTCS-3级列控系统作为统一技术平台。CTCS-3级列控系统是一个安全性要求极高的系统,对其进行功能及性能的安全性验证和评估非常重要。采用计算机技术,在实验室搭建CTCS-3级列控系统仿真平台对其进行辅助研究和预研验证具有实际意义。列控中心(TCC)是CTCS的关键设备之一。在CTCS-2级列控系统的地面设备中,TCC作为核心安全设备,产生控车信息控制列车运行,是保证列车安全运行的关键信号设备。作为CTCS-3后备系统,TCC是不可缺少的重要组成设备,其可靠性和实时性影响到整个高速铁路的安全高效运行,保证TCC软件的可靠性和实时性显得尤为重要。为了在CTCS-3级列控系统仿真平台中开发安全可靠的TCC软件,本文结合时间自动机理论,对TCC软件进行形式化语义描述,使用基于时间自动机理论的建模验证工具对TCC软件进行建模,并验证分析软件特性,从而保证在软件设...  (本文共99页) 本文目录 | 阅读全文>>

西南交通大学
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基于SCADE的ATP建模与验证

CTCS-3级列车运行控制系统是我国目前应用等级最高、技术设备最先进的铁路信号设备,主要用于保证列车安全、高效地运行。列车自动防护系统(Automatic Train Protection,ATP)是CTCS-3级列车运行控制系统的核心部分,其是一个典型的安全关键系统,其系统功能复杂,失效后可能导致发生重大安全事故,造成重大人员伤亡和财产损失。因此,ATP的安全性和可靠性直接关系着列车的运行安全。形式化建模是安全关键系统开发的重要方法之一。高安全性应用开发环境(Safety Critical Application Development Environment,SCADE)提供的“基于模型”的形式化建模方法,具有严格的数学理论基础,能实现对系统需求的准确、无歧义表达,能够有效地解决传统软件开发方法中存在的模糊性和二义性问题,并能够实现需求的逻辑推理。运用SCADE建立形式化模型能够清晰、准确地表达系统的功能逻辑;结合SCADE...  (本文共76页) 本文目录 | 阅读全文>>