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考虑认知不确定性的列控中心可靠性评估

安全与环境学报 2023年第9期23卷 2993-3001页

作者：朱爱红董国庆兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070

针对列控中心系统中因设备故障信息不完善、失效机理不明确等因素产生的认知不确定性,以及动态失效、共因失效、恢复机制问题,提出了将证据理论和动态贝叶斯网络相结合的动态证据网络方法,并对列控中心系统进行了可靠性评估及重要度影... 详细信息

针对列控中心系统中因设备故障信息不完善、失效机理不明确等因素产生的认知不确定性,以及动态失效、共因失效、恢复机制问题,提出了将证据理论和动态贝叶斯网络相结合的动态证据网络方法,并对列控中心系统进行了可靠性评估及重要度影响分析。在分析系统各单元功能逻辑关系的基础上建立故障树,并将故障树转化为动态贝叶斯网络。通过动态贝叶斯网络正向推理,并结合信任测度和似然测度得到了列控中心系统的可靠度区间以及讨论共因失效对系统可靠性的影响。此外,通过动态贝叶斯网络反向推理得到了列控中心系统薄弱环节。最后,通过求解重要度的大小,探究底事件可靠度变化和认知不确定性对系统可靠度的影响程度。结果表明:动态证据网络能够较好地处理系统可靠性评估中的不确定信息。相比于在完全信息条件下,运用动态证据网络方法得到的可靠性评估结果较为合理,也更加符合实际。

关键词：安全工程列控中心认知不确定性证据理论重要度可靠性评估

基于Markov的列控中心多态动态可靠性分析

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安全与环境学报 2022年第6期22卷 2962-2970页

作者：齐金平王康李少雄周亚辉兰州交通大学机电技术研究所兰州730070 甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心兰州730070 甘肃省物流与运输装备行业技术中心兰州730070 嘉兴职业技术学院智能制造学院浙江嘉兴314036

针对列控中心系统由冗余带来的动态时序特点和通信接口单元在实际工作环境中具有多种故障状态的问题,假设部件寿命和维修时间服从指数分布,且各单元相互独立,故障单元修复后的寿命仍服从指数分布。构建了基于马尔科夫的多状态热贮备可... 详细信息

针对列控中心系统由冗余带来的动态时序特点和通信接口单元在实际工作环境中具有多种故障状态的问题,假设部件寿命和维修时间服从指数分布,且各单元相互独立,故障单元修复后的寿命仍服从指数分布。构建了基于马尔科夫的多状态热贮备可修系统可靠性模型,通过计算得到部件的稳态可用度、平均故障间隔时间、首次故障前平均时间、稳态故障频度、维修人员忙期稳态概率及可靠度函数等主要可靠性参数的解析表达式。最后,以CTCS-2级列控系统的列控中心为例,对该多状态热贮备可修系统可靠性解析模型进行了验证和分析。结果表明:随维修速率提高,部件的稳态可用度提高,部件的故障概率、稳态故障频度和维修人员忙期稳态概率降低;可为掌握列控中心在实际维修条件下的可靠性规律及合理开展列控中心维修工作提供技术支撑。

关键词：安全工程列控中心多状态热储备系统马尔科夫模型可靠性指标

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基于接口参数的列控中心测试用例生成算法

计算机工程 2011年第1期37卷 69-71页

作者：张盛徐中伟喻钢杨世玉同济大学电子与信息工程学院上海201804

在接口参数两两组合全面覆盖理论的基础上,提出一种基于树型结构的改进测试用例生成算法。该算法综合考虑外部接口参数和取值组合所产生的系统影响,具有一定的通用性及稳定性,并且在时间复杂度及空间复杂度上较以往的算法都有所改进。... 详细信息

在接口参数两两组合全面覆盖理论的基础上,提出一种基于树型结构的改进测试用例生成算法。该算法综合考虑外部接口参数和取值组合所产生的系统影响,具有一定的通用性及稳定性,并且在时间复杂度及空间复杂度上较以往的算法都有所改进。算法在CTCS2级列控中心的接口测试中取得了很好的效果,测试质量和测试效率均得到提高。

关键词：软件测试黑盒测试列控中心树型模型测试用例

CTCS-3级列控中心仿真培训系统的设计与应用研究

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CTCS-3级列控中心仿真培训系统的设计与应用研究

作者：付天烜兰州交通大学

学位级别：硕士

列控中心是列控系统中提高运输效率、保障运行列车“故障-安全”的关键技术与核心地面设备。随着我国高速铁路信号技术的不断更新,一带一路的大力推进以及越来越多的高铁线路投入运营。现场的铁路人员队伍急需一批高水平的信号设备运用... 详细信息

列控中心是列控系统中提高运输效率、保障运行列车“故障-安全”的关键技术与核心地面设备。随着我国高速铁路信号技术的不断更新,一带一路的大力推进以及越来越多的高铁线路投入运营。现场的铁路人员队伍急需一批高水平的信号设备运用和维护人员,铁路一线员工和在校学生的培训问题已成为制约铁路安全运营的瓶颈。现场列控设备均处在全天候的工作状态,不可能给学员提供理论培训和实践操作的机会,针对高校学生和铁路新入职员工开发一套高度贴近现场实际场景、运行环境简单、直观易懂的列控中心仿真培训系统具有重要的实用价值和现实意义。本文首先分析了列控中心仿真培训系统的研究现状和存在的问题,结合现场调研论述了该套仿真培训系统研发的必要性。阐述了列控中心的系统结构和原理,根据相关技术规范,分析列控中心仿真培训系统功能需求,建立系统总体功能框架和仿真模型。针对目前实验教学和传统培训模式的诸多不足,对在校学生和在职培训人员的用户需求进行具体分析。其次,在功能需求分析的基础之上,提出以模块化的思想分层次设计系统总体方案,分为仿真和培训两大功能模块,对各功能模块进行具体设计。分析设计了应答器组的布置、轨道电路的编码功能、报文编制和临时限速信息的处理等功能模块。培训模块为了更贴近现场实际运营场景,覆盖更多的车站类型,站场设计选取了CTCS-3高铁标准站、中继站、无配线站以及6502教材中的标准举例站。最后,本文在Microsoft Visual Studio 2005的系统开发平台下,借助面向对象的软件开发技术对各功能模块进行编程。软件实现了列控中心仿真培训系统人机交互显示界面、维护终端、应答器报文查询、轨道电路载频信息显示、临时限速信息处理、模拟行车以及在线考试培训等功能模块。系统经过联调联试能够按预期效果正常工作运行。列控中心仿真培训系统集成了丰富多样的培训案例,参训学员能够在该系统平台进行信号基础知识学习、车站列车作业操作和安全常识培训。同时可以在其他信号子系统的配合下完成复杂场景全线模拟行车、多种故障状态的定位和处理等。系统通过文字显示、语音播报和在线测试考评的交互方式,让参训对象拥有良好的体验过程和培训效果。

关键词：列控系统高速铁路列控中心仿真培训

基于UML的列控中心改变运行方向功能测试用例生成方法研究

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基于UML的列控中心改变运行方向功能测试用例生成方法研究

作者：王秀玄西南交通大学

学位级别：硕士

随着铁路信号设备逐步电子化,以计算机为核心的信号设备逐步成为主要的信号安全关键设备,成为铁路安全运营的保障。列控中心是列控系统的重要组成部分,是安全性、可靠性以及实时性要求都比较高的设备,对于列控中心软件的安全性测试,成... 详细信息

随着铁路信号设备逐步电子化,以计算机为核心的信号设备逐步成为主要的信号安全关键设备,成为铁路安全运营的保障。列控中心是列控系统的重要组成部分,是安全性、可靠性以及实时性要求都比较高的设备,对于列控中心软件的安全性测试,成为列控中心软件投入使用之前保证其质量的一项重要任务。而区间改变运行方向功能是列控中心功能重要组成部分,因此,研究列控中心区间改变运行方向功能的测试方法,对于进一步研究列控中心测试有促进作用,对于形成系统的列控系统测试理论和测试方法以及开发先进的测试平台有着重要意义。本文在对列控中心改变运行方向功能技术规范进行需求分析的基础上,建立UML状态图层次化模型,基于UML状态图模型得到自动生成测试路径的方法,根据模型和测试路径得到测试用例输入和输出。首先,建立UML状态图层次化模型,包括3层：逻辑场景层、逻辑关联层和输入输出接口层模型。其次,将逻辑场景层状态图模型转化为有向图,根据图覆盖准则,得到逻辑场景层有向图边覆盖测试需求;利用广度优先搜索算法搜索逻辑场景层有向图,得到广度优先生成树;利用生成树中完整路径扩展所有生成树路径为完整测试路径,最终得到逻辑场景层UML状态图模型的完整测试路径集合。然后,对于得到的每条测试路径,根据路径上每条迁移的逻辑表达式,分解出每个逻辑表达式中每个逻辑关联层变量,逐层搜索分解各个变量,直到搜索出所有变量对应的输入输出接口层状态图,得到所有输入接口变量输入组合。最后,利用输入组合驱动逻辑关联层和逻辑场景层中各UML状态图发生状态转移,依据所发生的状态转移确定各输入的输出信息。最终得到路径上各迁移条件相应的测试用例输入和输出。论文针对列控中心改变运行方向功能,建立UML状态图分层模型,基于模型得到测试路径以及测试路径对应测试用例的输入和输出。因此,本文主要研究的测试方法就是分析需求规范,建立UML状态图模型,从模型自动生成测试路径和测试用例的输入和输出。这为自动生成各种测试用例脚本以及开发自动化测试平台打下基础,对于实现列控中心自动化测试具有重要意义。

关键词：列控中心区间改变运行方向 UML状态图软件测试测试路径测试用例

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基于动态故障树的列控中心可靠性研究

基于动态故障树的列控中心可靠性研究

作者：刘茂婷西南交通大学

学位级别：硕士

中国列车运行控制系统(CTCS)是参照欧洲列车运行控制系统(ETCS)发展起来的。整个体系分为铁路运输管理层、网络传输层、地面设备层、车载设备层。列控中心是地面设备的核心,根据列车占用情况、联锁进路、限速情况等信息进行安全逻辑运算... 详细信息

中国列车运行控制系统(CTCS)是参照欧洲列车运行控制系统(ETCS)发展起来的。整个体系分为铁路运输管理层、网络传输层、地面设备层、车载设备层。列控中心是地面设备的核心,根据列车占用情况、联锁进路、限速情况等信息进行安全逻辑运算,产生行车许可,并通过轨道电路和应答器传递给列车,实现运行控制。列控中心要实现轨道电路状态判断、轨道电路编码、应答器报文编制与发送、区间信号机点灯控制、改变区间运行方向与闭塞控制等功能,因此其可靠性和安全性直接关系到整个列控系统的正常运行,开展列控中心的可靠性研究是一项非常必要的工作,对系统的研发设计和故障诊断都意义重大。早期可靠性指标的可靠性研究局限于定性,系统的发展导致需要进行更多定量的研究,这对可靠性研究的技术手段提出了更多的要求。传统静态故障树无法描述动态性能的弊端,使得学者在研究之后提出了动态故障树的概念。该方法在基本逻辑关系门的基础上引入了动态逻辑门来表征系统动态性能。动态故障树模型建立之后需要求解,不断探索尝试新的求解方法也是可靠性研究的必要内容。因此,本文使用了Markov方法和Petri网两种方式对所建动态故障树求解可靠度。论文以列控中心为研究对象,建立其动态故障树模型并进行求解,带入基础数据之后得到了模型失效率等指标,与列控中心可靠性指标要求一致,验证了建模的准确性。就列控中心安全主机单元的二乘二取二结构和三取二结构建模进行了对比,分别基于Markov方法和Petri网方法对列控中心的动态故障树模型进行了定性和定量分析,得到了两种方法的优缺点对比,发现单一地使用某种建模方法优缺点很明显,操作难度较高,而两种甚至几种方法相结合就会相得益彰,提高研究效率。研究中讨论了各动态逻辑门的马尔科夫链形式和随机Petri网形式,以此为基础进行系统的建模和指标求解。

关键词：列控中心可靠性动态故障树 Markov Petri网二乘二取二三取二

基于UML状态图的列控中心轨道电路编码功能测试用例生成方法研究

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基于UML状态图的列控中心轨道电路编码功能测试用例生成方法研究

作者：曹雅鑫西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速铁路自动化水平的提高,列控系统成为保障列车安全运行的关键系统。列控中心作为列控系统重要的地面子系统,为列车提供重要的行车控制信息,是高安全性、高可靠性的安全苛求系统。为了保证列控中心能够可靠地工作,必须对列控... 详细信息

随着我国高速铁路自动化水平的提高,列控系统成为保障列车安全运行的关键系统。列控中心作为列控系统重要的地面子系统,为列车提供重要的行车控制信息,是高安全性、高可靠性的安全苛求系统。为了保证列控中心能够可靠地工作,必须对列控中心软件进行严格的功能测试,这意味着测试过程中须执行大量的测试用例。测试用例的质量对测试效果至关重要,当前测试用例生成方法大体分为人工设计和软件自动生成两种。轨道电路编码是列控中心主要功能之一,该功能逻辑复杂,人工设计测试用例的方式存在诸多不足,因此有必要研究轨道电路编码功能的自动化测试用例生成方法从而为列控中心自动化测试打下坚实基础。本文首先对列控中心的功能和结构进行了概述。详细介绍了列控中心轨道电路编码的基本原理。同时还介绍了 UML状态图的特点以及本文对使用UML状态图的约束,进而提出适用于轨道电路编码功能的UML状态图建模方法及测试用例生成方法。其次,本文详细分析了站内和区间轨道电路编码功能的特点,明确了该功能所涉及的建模对象,并且提出了轨道电路编码模型的复用方法。在此基础上从站内进路或区间线路以及他们的相关轨道区段两个层次建立轨道电路编码功能模型。为了根据模型自动产生测试用例,本文采用图覆盖与组合覆盖结合的方式产生测试用例的输入信息,即利用基于主路径覆盖准则的算法生成测试路径,之后再通过组合测试工具ACTS对测试路径中的变量进行组合覆盖。在产生测试用例的输入信息后,利用Antlr文法分析器对模型的转移条件进行分析并结合UML状态图的状态转移机制推算出测试用例的输出信息,从而实现基于UML状态图测试用例的自动生成。最后,本文设计并实现了测试用例自动生成工具。该工具可以根据轨道电路编码模型自动产生测试用例,为进一步研究列控系统自动化测试平台打下基础。

关键词：列控中心轨道电路编码 UML状态图测试用例

客运专线CTCS-2级列控中心子系统的仿真研究

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客运专线CTCS-2级列控中心子系统的仿真研究

作者：金立航浙江工业大学

学位级别：硕士

客运专线CTCS-2级列控中心是CTCS-2级列车运行控制系统的重要组成部分，也是地面信号控制的核心设备。客运专线CTCS-2级列控中心根据联锁排列的进路信息、调度中心下发的临时限速信息、轨道占用信息、站间邻界信息等进行逻辑运算，并输... 详细信息

客运专线CTCS-2级列控中心是CTCS-2级列车运行控制系统的重要组成部分，也是地面信号控制的核心设备。客运专线CTCS-2级列控中心根据联锁排列的进路信息、调度中心下发的临时限速信息、轨道占用信息、站间邻界信息等进行逻辑运算，并输出轨道电路码序、信号机点灯码序和应答器报文等内容，然后通过轨道电路与有源应答器的方式将信息传递给车载设备。目前车载设备例如列车运行监控记录装置(LKJ)等都必须去现场进行试运行调试，然后调试完回来对功能进行完善，这样需要花费大量的财力物力。因此，如果能用仿真的手段实现列控中心的功能，开发出一套列控中心仿真系统，车载设备就可以在实验室内完成基本的功能调试，这不仅降低了生产成本，而且缩短了整个研发周期。本文通过研究和分析客运专线CTCS-2级列控中心子系统的技术规范、接口协议以及系统需求，运用计算机仿真技术实现了客运专线CTCS-2级列控中心的功能仿真。本论文主要内容包括以下部分： 1．在研究客运专线CTCS-2级列控中心系统功能的基础上，对仿真系统进行了整体设计，并对各个模块的功能以及模块间的数据交换进行了详细的阐述。 2．对轨道电路的状态识别进行了研究，提出了相应的防护方法。 3．详细阐述了区间轨道电路的编码原则，并根据区间轨道电路的特点，完成了端口为发车的区间轨道电路和端口为接车的区间轨道电路的编码。 4．详细阐述了站内轨道电路的编码原则，并根据站内轨道电路的特点，完成了道岔和股道的编码。 5．对信号机点灯模块进行了简单的阐述，完成了信号机点灯模块的编码逻辑。 6．设计了有源应答器报文编辑软件，通过这个软件可以方便的实现报文的重新编辑。 7．对整个仿真系统进行了功能测试。

关键词：列控中心有源应答器报文客运专线轨道电路

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动车组列控中心多态动态可靠性分析

动车组列控中心多态动态可靠性分析

作者：王康兰州交通大学

学位级别：硕士

列控中心设备是动车组列控系统的重要组成部分,关系着动车运营和乘客生命的安全。因此,对列控中心进行可靠性分析,并在因其故障造成重大危害前进行剩余寿命预测和维修周期优化,对提高设备可靠性和铁路运营安全性有重要意义。列控中心设... 详细信息

列控中心设备是动车组列控系统的重要组成部分,关系着动车运营和乘客生命的安全。因此,对列控中心进行可靠性分析,并在因其故障造成重大危害前进行剩余寿命预测和维修周期优化,对提高设备可靠性和铁路运营安全性有重要意义。列控中心设备关键部件采用了冗余结构,使系统的失效与各部件的失效顺序相关,是典型的动态系统;其通信接口单元在实际工作环境中具有多种故障状态,是典型的多状态、多失效模式系统。列控中心设备故障的多态性和结构的动态性导致故障机理不清晰,致使列控中心设备可靠性分析建模困难;而且,共因失效的存在也对结构复杂的冗余系统的寿命分析影响比较大,导致构建列控中心设备剩余寿命预测模型较为困难;此外,因维修更换计划不合理而导致不能充分利用设备剩余寿命也是亟待解决的问题。针对上述问题,本文进行了以下工作:(1)针对列控中心设备故障存在的多态特性及动态特性问题,建立多态动态可靠性分析模型。多态特性方面,对通信接口单元定义“安全”、“电信号错误”和“电信号中断”三种状态;动态特性方面,建立动态故障树模型,采用热备门表示部件冗余。将动态故障树转化为动态贝叶斯网络和Markov模型,建立基于离散时间贝叶斯网络和基于Markov的列控中心可靠性分析模型,通过计算重要度、敏感性和可靠性指标进行可靠性分析。(2)为预防列控中心设备因故障造成重大危害事故,需对其可用性和剩余寿命进行评估和预测,且共因失效的存在降低了设备的可用性。为此构建考虑共因失效的列控中心可用度及剩余寿命预测模型,采用Markov理论计算求解得到可用度和平均剩余寿命函数,实现对列控中心设备的可用度评估及剩余寿命预测。(3)为预防列控中心设备因未及时检修或更换部件导致事故的发生,需要准确预测其预防维修及更换周期。引入役龄回退因子和时变可靠度描述列控中心设备维修前后可靠度的变化,在考虑维修费用的基础上,建立基于时变可靠度的列控中心设备预防维修周期模型。以铁路某列控中心设备为例,确定其最佳预防维修次数和最佳更换周期。本文依托国家自然科学基金项目(71861021)的资助,针对动车组列控中心设备可靠性问题开展研究,相关结论可为动车组安全运营、修程修制的完善提供理论指导。

关键词：列控中心多态特性动态特性剩余寿命预测预防维修周期