场景驱动的列控系统需求分析方法

作     者：徐昊桐 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李开成

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：列控系统 场景 需求分析 本体 时间自动机 

摘      要：列控系统作为典型的安全苛求复杂系统,需求分析是其研发早期的重要过程。然而,传统的列控系统功能需求获取主要通过组织领域内专家进行研讨实现,高度依赖专家经验;同时,系统功能需求的早期验证也主要通过实验室及现场测试完成。目前,缺乏一套普适、完整、规范的列控系统需求分析方法辅助系统研发工作。软件工程中基于场景的需求分析方法将系统运行场景描述视作需求获取的重要来源和需求验证的良好环境。列控系统工作过程往往是通过场景描述的;因此,本文以基于场景的需求分析方法为核心思想,引入本体(Ontology)和时间自动机(Timed Automata,TA)理论及建模技术,提出一种场景驱动的列控系统需求分析方法;同时为验证方法的有效性,以面向我国西部铁路的新型列控系统为研究对象,在归纳系统架构并构建系统典型运行场景的基础上,选取该系统的启动与注册场景和列车完整性检查场景进行了需求分析。论文的主要工作如下:首先,提出了场景驱动的列控系统需求分析方法。该方法定义了用于指导场景构建的列控系统运行场景模板;通过场景本体建模与本体模型推理进行功能需求提取;基于场景TA建模实现功能需求验证。其次,构建了新型列控系统典型运行场景。归纳了新型列控系统架构方案并分析了系统特征及关键技术;进而构建了该系统中关于启动与注册、列车完整性检查以及等级转换的正常与异常场景描述共11个。最后,应用本文所提方法,对新型列控系统启动与注册场景和列车完整性检查场景进行了需求分析。使用Protégé工具构建场景本体模型并对其执行自动推理,从上述典型场景分别提取出44条和17条系统功能需求;在UPPAAL工具中构建场景TA模型作为功能需求的形式化验证环境,完成了所有功能需求项目的正确性验证,最终证明了本文所提方法的有效性。图54副,表53个,参考文献77篇。