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ctcs-3级列控系统规范的建模与形式化验证方法研究

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铁道学报 2011年第7期33卷 67-72页

作者：谢雨飞唐涛徐田华赵林北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

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... 详细信息

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。

关键词： ctcs-3级列控系统系统规范建模形式化验证

ctcs-3级列控系统仿真测试集成平台—临时限速服务器仿真子系统的研究与实现

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CTCS-3级列控系统仿真测试集成平台—临时限速服务器仿真子系统的...

作者：毛扬北京交通大学

学位级别：硕士

我国时速300km/h及以上的高速铁路使用ctcs-3级列控系统。由于速度高,对列控系统的安全性和可靠性提出了更高的要求。临时限速是指在铁路沿线上,除了各段因地理情况等原因而固定的限速以外的,具有时效性的限速,也就是突发限速。突发情况... 详细信息

我国时速300km/h及以上的高速铁路使用ctcs-3级列控系统。由于速度高,对列控系统的安全性和可靠性提出了更高的要求。临时限速是指在铁路沿线上,除了各段因地理情况等原因而固定的限速以外的,具有时效性的限速,也就是突发限速。突发情况下,如施工、雨雪天气等,为了保证行车安全,列车的运行速度需低于正常限速。在ctcs-3级列控系统中,临时限速命令的设置、下达和撤销由调度中心CTC负责,临时限速服务器执行。调度员拟定限速,经行调员通过CTC行调台确认,形成临时限速调度命令并储存在临时限速服务器中。需要执行的限速命令由调度员激活,临时限速服务器执行,经信号安全数据通信网分别下达给RBC和TCC,RBC和TCC再分别转发给列车。由此可见,临时限速服务器参与了限速命令执行的全过程,在保证行车安全上发挥着至关重要的作用。北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室根据ctcs-3级列控系统需求规范,搭建了ctcs-3级列控系统仿真测试集成平台。本文基于此平台,研究并实现了临时限速服务器仿真子系统。论文的主要内容如下：1)简要介绍了ctcs-3级列控系统仿真测试集成平台建设背景和现状,对临时限速服务器仿真子系统进行了功能需求分析和功能模块划分;2)提出临时限速服务器仿真子系统的总体设计方案和关键功能模块设计方案,以一条限速命令的执行过程为例,详细描述了临时限速服务器仿真子系统的工作流程,绘制了工作流程图,阐述了与平台中其他仿真子系统间的通信内容;3)基于Microsoft Visual C++6.0完成了临时限速服务器仿真子系统的功能开发和调试,并利用ctcs-3级列控系统仿真测试集成平台,进行了临时限速服务器仿真子系统与平台中其它子系统的联合调试,结果表明本文开发的临时限速服务器仿真子系统具备了完整的功能,满足ctcs-3级列控系统仿真测试集成平台的需求;4)对本文的主要工作进行了总结,指出待完善之处。

关键词： ctcs-3级列控系统临时限速仿真测试调度中心无线闭塞中心列控制中心

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ctcs-3级列控系统风险评估研究

CTCS-3级列控系统风险评估研究

作者：姚军娟兰州交通大学

学位级别：硕士

随着我国高铁的迅速发展,高速铁路的行车速度也在不断的提高,行车间隔也在不断的缩小。ctcs-3(Chinese Train Control System at level 3,中国列车运行控制系统应用等级3)级列控系统作为高速铁路信号系统的重要组成部分,直接影响行车安... 详细信息

随着我国高铁的迅速发展,高速铁路的行车速度也在不断的提高,行车间隔也在不断的缩小。ctcs-3(Chinese Train Control System at level 3,中国列车运行控制系统应用等级3)级列控系统作为高速铁路信号系统的重要组成部分,直接影响行车安全和效率,一旦发生事故,将会对人的生命和财产造成重大损失。风险评估的目标主要是通过识别潜在风险因素、分析系统风险,确定系统是否符合相关安全完整性等级(SIL)要求,并通过提出风险控制措施和对策以减少事故的发生。因此,为了衡量系统的安全性,就必须要知道系统风险水平的高低,并要将风险控制在可容许的范围,故对ctcs-3级列控系统进行风险评估具有十分重要的现实意义。首先,在简单叙述ctcs-3级列控系统的组成结构和基本工作原理的基础上,根据钱学森开创的“人-机-环境”系统工程理论,综合参考大量相关文献资料,以“人”、“机”、“环”和“管”四个方面对ctcs-3级列控系统进行风险识别。其中,以人为因素的角度辨识影响ctcs-3级列控系统安全的风险因素,主要包括铁路电务部门工作人员的技术能力、心理素质和疲劳程度等三个方面;以设备因素的角度辨识影响ctcs-3级列控系统安全的风险因素,主要包括ctcs-3级列控设备的家族质量史、性能参数、设备役龄和运行状态等四个方面;以环境因素的角度辨识影响ctcs-3级列控系统安全的风险因素,主要包括电磁干扰、民用移动通信网络干扰、雷电雨雪等自然环境、空调及消防等室内环境和异物侵线等五个方面;以管理因素的角度辨识影响ctcs-3级列控系统安全的风险因素,主要包括安全检查相关制度、设备定期检查相关制度、设备维修保养相关制度、风险事故跟踪处置情况、故障责任追究考核和应急控制流程及措施等六个方面。据此,根据指标体系的构建原则,建立ctcs-3级列控系统风险评估指标体系,并量化指标评估准则。其次,通过研究风险等级的界定特点,将ctcs-3级列控系统风险等级划分为风险高、风险较高、风险较低和风险低四个等级。针对ctcs-3级列控系统风险评估模糊性和不确定因素较多的问题,构建基于AHP-DEMATEL(Analytic Hierarchy Process-Decision Making Trial and Evaluation Laboratory,层次分析法和决策实验室)法和模糊灰色聚类的风险评估模型。AHP-DEMATEL法是指在采用AHP法计算指标初始权重的基础上,考虑指标之间的影响程度,引入DEMATEL法计算指标中心度,通过处理指标初始权重和中心度确定指标综合权重;模糊灰色聚类是指将灰色聚类引入模糊综合评价中,通过利用中心点三角白化权函数聚类模型建立的系统白化权函数确定聚类系数,将聚类系数构造的矩阵作为模糊综合评判法的隶属度矩阵,最后采用模糊算子进行综合评价。最后,以沪昆高铁为例,采用AHP-DEMATEL法和模糊灰色聚类对沪昆线ctcs-3级列控系统进行风险评估,得到沪昆线ctcs-3级列控系统的风险值为12.197、风险等级为R3、风险较低,符合现场实际要求,据此提出相关风险控制对策。实例验证表明:采用基于AHP-DEMATEL法和模糊灰色聚类的风险评估模型可以得到ctcs-3级列控系统的风险值,不仅能够有效地评估ctcs-3级列控系统的风险水平,还能够实时追踪不同影响因素对ctcs-3级列控系统整体风险的影响程度,可提前制定相应的维修及备件策略,保证行车安全、提高行车效率。

关键词： ctcs-3级列控系统风险评估指标体系 AHP-DEMATEL法模糊灰色聚类

ctcs-3级列控系统与列车自动驾驶车载仿真测试平台实现

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CTCS-3级列控系统与列车自动驾驶车载仿真测试平台实现

作者：由宗焕兰州交通大学

学位级别：硕士

列控系统是高速铁路信号系统中的关键技术和核心设备,随着我国高速铁路信号技术的飞速发展,信号设备及其相关技术不断更新换代。ctcs-3级列控系统适用于时速300km/h以上的高速线路,是保障列车高速、安全运行的核心。随着我国自动驾驶技... 详细信息

列控系统是高速铁路信号系统中的关键技术和核心设备,随着我国高速铁路信号技术的飞速发展,信号设备及其相关技术不断更新换代。ctcs-3级列控系统适用于时速300km/h以上的高速线路,是保障列车高速、安全运行的核心。随着我国自动驾驶技术的发展,将其应用于ctcs-3级列控系统中,对于我国列控系统的自主化研发具有重要意义。本文以自动驾驶技术在ctcs-2级列控系统上的成功应用为参照,将自动驾驶技术与ctcs-3级列控系统进行结合,研究应用于高铁信号系统的自动驾驶算法,并对ctcs-3+ATO列控车载系统仿真测试系统的实现进行了详细介绍。本文的具体研究内容如下:首先对ctcs-3级列控系统组成、系统功能以及列车自动驾驶ATO系统的结构和功能进行了介绍,并以此为基础分析了ctcs-3+ATO列控系统构想,分析了应用ATO技术之后ctcs-3级列控车载系统的结构变化及功能需求。其次分析了车载仿真测试系统的总体设计,对系统层次进行了划分,对测试系统的结构、功能以及实现方案进行了介绍,并在分析了车载仿真测试系统功能架构的基础上,重点对系统的模拟驾驶界面模块、信息接收及处理模块、超速防护模块、列车运行计算模块以及运行仿真模块进行了具体设计。接着对ctcs-3级列控系统承载自动驾驶技术的软件实现算法进行了阐述,针对仿真测试系统中控制列车运行功能的需求,将遗传算法应用于系统中,并与传统的算法进行了对比分析。最后应用Microsoft Visual Studio 2012系统平台作为车载仿真系统的开发平台,采用计算机模拟仿真手段和面向对象的开发方法完成了ctcs-3+ATO列控车载仿真测试系统的开发并对车载仿真系统的主要功能实现进行了验证。

关键词： ctcs-3级列控系统车载系统自动驾驶遗传算法

基于AdmiTest的ctcs-3级列控系统自动测试平台

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中国铁道科学 2013年第4期34卷 128-136页

作者：贺广宇范明程剑锋黄宏福中国铁道科学研究院通信信号研究所北京100081 Systransis Ltd BahnhofplatzP.O.Box 4714Switzerland

根据ctcs-3级列控系统的特点,结合欧洲列车运行控制系统(ETCS)测试经验,研发基于通用测试平台AdmiTest的ctcs-3级列控系统自动测试平台CARSTool。CARSTool采用激励-反馈机制实现单系统或多系统的闭环测试,包含测试对象、仿真系统、链路... 详细信息

根据ctcs-3级列控系统的特点,结合欧洲列车运行控制系统(ETCS)测试经验,研发基于通用测试平台AdmiTest的ctcs-3级列控系统自动测试平台CARSTool。CARSTool采用激励-反馈机制实现单系统或多系统的闭环测试,包含测试对象、仿真系统、链路、消息、激励、响应和测试序列等基本元素,具有线路工程数据配置、通信链路配置、站场线路配置、PI Object、仿真系统、列车运行仿真和自动测试序列7个功能模块。以郑西客运专线列控数据为例,采用CARSTool对ctcs-3级列控系统进行仿真测试。测试结果表明:通过规范化语法严格卡控测试步骤,根据ctcs-3级列控系统测试案例库以及激励-反馈信息判断测试项目的执行状态,CARSTool实现了测试计划、执行过程和测试结果的闭环处理;说明CARSTool能够实现ctcs-3级列控系统的自动测试。

关键词： ctcs-3级列控系统激励-反馈机制系统自动测试测试平台

基于风险指数的ctcs-3级列控系统设备剩余寿命预测

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铁道学报 2020年第9期42卷 85-91页

作者：王瑞峰姚军娟兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070

针对ctcs-3级列控系统设备剩余寿命受不确定因素影响难以预测的问题,提出一种基于风险指数的预测方法。首先,构建基于模糊AHP-DEMATEL法的ctcs-3级列控系统设备风险指数模型,对其设备进行风险状态评估,评估值即为风险指数RI;其次,通过建... 详细信息

针对ctcs-3级列控系统设备剩余寿命受不确定因素影响难以预测的问题,提出一种基于风险指数的预测方法。首先,构建基于模糊AHP-DEMATEL法的ctcs-3级列控系统设备风险指数模型,对其设备进行风险状态评估,评估值即为风险指数RI;其次,通过建立RI的随机模糊分布函数和曲线图,确定了RI与设备运行时间的关系;在此基础上,建立了基于不确定理论的ctcs-3级列控系统设备剩余寿命预测模型;最后,采用随机模糊模拟技术对该模型进行求解。实例验证表明,基于风险指数的ctcs-3级列控系统设备剩余寿命预测方法,可以有效地预测其寿命和剩余寿命,为设备的优先维护提供理论依据。

关键词： ctcs-3级列控系统风险指数剩余寿命预测模糊AHP-DEMATEL法不确定理论

基于控制关系模型的ctcs-3级列控系统功能安全分析方法

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铁道学报 2015年第8期37卷 36-43页

作者：刘金涛唐涛赵林刘磊北京交通大学国家轨道安全评估研究中心北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 中国铁道科学研究院通信信号研究所北京100081

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... 详细信息

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。

关键词： STPA ctcs-3级列控系统形式化方法功能安全分析

ctcs-3级列控系统RBC控车场景安全分析

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CTCS-3级列控系统RBC控车场景安全分析

作者：盛昭君兰州交通大学

学位级别：硕士

RBC(Radio Block Center,无线闭塞中心)作为ctcs-3级列控系统地面核心设备,围绕RBC的运营场景是列控系统主要的工作方式,在确保系统安全运营的过程中扮演着重要角色。ctcs-3级列控系统是多学科领域的融合与提升,列车的运行过程和相关设... 详细信息

RBC(Radio Block Center,无线闭塞中心)作为ctcs-3级列控系统地面核心设备,围绕RBC的运营场景是列控系统主要的工作方式,在确保系统安全运营的过程中扮演着重要角色。ctcs-3级列控系统是多学科领域的融合与提升,列车的运行过程和相关设备间的离散信息交互相互影响,使RBC控车场景呈现显著的混成特性。ctcs-3级列控系统规范作为系统生命周期需求阶段的主要工作,是列控系统开发的前提和必要条件,其详细分析了为确保列车安全运行所必备的功能需求以及解决方案。对系统进行需求阶段的安全分析是系统安全设计和安全评估顺利进行的关键,对于保障系统的安全性具有重要意义。因此,以RBC控车场景——注册与启动、行车许可、等级转换、注销,作为研究对象,以系统混成性作为出发点,选取系统生命周期的需求阶段,以ctcs-3级列控系统规范作为研究依据,对RBC控车场景进行安全分析。采用UML(Unified Modeling Language,统一建模语言)与PHAVer(Polyhedral Hybrid Automaton Verifier,混成自动机模型检验工具)相结合的方法进行需求阶段的RBC控车场景的安全分析。首先,通过UML支持的扩展机制,对UML进行面向混成性的扩展,建立RBC控车场景UML模型,实现对RBC控车场景相关设备的离散信息交互过程以及连续动态演化过程,即混成性的描述。然后,依据ctcs-3级列控系统需求规范,分析RBC控车场景的基本功能需求,根据UML到PHAVer的转换规则,将UML模型转换成PHAVer模型,验证PHAVer模型的正确性。最后,通过分析RBC控车场景,找出各相关设备可能的功能模块故障情况,建立RBC控车场景的故障模型,将PHAVer模型和故障模型整合,得到包含故障的PHAVer模型,运用PHAVer分析出导致RBC控车场景功能需求不能满足时的功能模块故障情况,实现了对RBC控车场景的安全分析,以便指导后续的系统设计和安全评估。

关键词： ctcs-3级列控系统 RBC控车场景 UML PHAVer 安全分析

基于云模型和组合赋权法的ctcs-3级列控系统可靠性评价

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铁道学报 2016年第6期38卷 59-67页

作者：张友鹏杨金凤兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070

针对模糊综合评判法在进行列控系统可靠性评价时的不足,本文提出基于云模型和组合赋权法的ctcs-3级列控系统可靠性综合评价方法。首先,根据ctcs-3级列控系统的结构与功能,建立系统的综合能力模型和相应的功能层次结构模型,并采用组合赋... 详细信息

针对模糊综合评判法在进行列控系统可靠性评价时的不足,本文提出基于云模型和组合赋权法的ctcs-3级列控系统可靠性综合评价方法。首先,根据ctcs-3级列控系统的结构与功能,建立系统的综合能力模型和相应的功能层次结构模型,并采用组合赋权法确定底层设备的权重。然后,采用云模型表示各设备实际指标与额定指标的比值,并根据云运算规则采用加权模型求得ctcs-3级列控系统的可靠性综合指标云。最后,将ctcs-3级列控系统的可靠性综合指标云与可靠性评价集的云模型进行相似度度量,输出评价结果。结果表明:基于云模型和组合赋权法的ctcs-3级列控系统可靠性综合评价方法能够正确且客观地描述系统实现其规定功能的能力,为ctcs-3级列控系统的研发及评估提供借鉴。

关键词：可靠性评价 ctcs-3级列控系统云模型组合赋权法