CTCS-3级列控车载设备的形式化建模与验证

CTCS-3级列控系统安全苛求性较高,而列控车载设备是CTCS-3级列控系统的主体,主要功能是对列车进行操纵和控制,保证列车安全运行的关键。通过分析CTCS-3级列控车载设备之间的信息交互以及车载安全计算机中工作模式的转换规则,采用有色Petri网(CPN)建立车载设备的信息交互模型以及工作模式转换模型,使用ASK-CTL分支时序逻辑公式验证了模型的死标识、死锁以及分析工作模式下的系统行为等特性,验证构建的CPN模型符合系统规范要求的流程及规则,可为相关安全苛求系统的设计提供一定参考。     

基于CPN高铁临时限速数据融合方案验证

高速铁路列控系统中C3单元和C2单元相对独立控车,两套系统中的列控数据在系统层之间缺乏共享和约束机制.本文在分析系统结构和数据传输特性的基础上,提出一种基于数据融合,提升高速铁路临时限速安全性的方案,并利用有色Petri网(CPN)对融合方案进行建模.通过仿真软件分层和赋时功能构造系统顶层模型、临时限速生成子模型、故障子模型、融合子模型和时间序列,模拟临时限速信息传输过程中的系统状态和行为.仿真结果表明:在故障注入情况下,数据融合方案在一定程度降低了错误数据的输出,提高了系统的安全性.     

列控系统中数据通信子系统可靠性研究

列控系统中数据通信子系统的可靠性对于保障列车安全高效运营具有重要作用.利用马尔可夫模型,综合了随机信道恶化,越区切换、无线接入设备故障等无线信道失效因素,提出了数据通信子系统非冗余结构和冗余结构的可靠性模型,分析了不同的数据通信系统结构对可靠性能的影响.同时,给出了列车运行速度与系统可用性指标的相互关系.分析结果显示,冗余结构的数据通信子系统有效提高了通信系统的可靠性;冗余结构的系统可用性指标比非冗余结构提高了大约两个数量级,达到99.99%;冗余结构有效消除了列车越区切换对系统可靠性能的影响.     

高速铁路安全信息传输光纤局域网安全性分析及实现

在分析高速铁路列控系统特性及安全信息传输光纤局域网结构、地位、作用的基础上 ,以安全性设计原则为依据 ,重点讨论了网络的安全性能及其软、硬件的实现 .     

郑西客运专线列控中心系统体系结构分析

车站列控中心是中国列车运行控制系统CTCS的核心安全设备,属于地面部分设备之一.列控中心接收轨道电路的信息,并通过联锁系统传送给无线闭塞中心;同时,列控中心具有轨道电路编码、应答器报文储存和调用、站间安全信息传输、临时限速功能,满足后备系统需要.介绍了郑西客运专线使用的LKD2-H型列控中心系统的体系结构.具体从系统的外部通信逻辑结构和接口结构以及列控中心主机柜的内部结构进行介绍.分析结果表明LKD2-H型列控中心系统体系结构功能更加完善,可扩展性强,接口功能尤为突出,完全满足客运专线规定速度条件下对列车实行安全控制的要求.     

基于增强型BN的CTCS-1级ATP可靠性研究

结合CTCS-2级与CTCS-3级列控系统设计和运用经验,铁路总公司提出了CTCS-1级列控系统的研制需求,该系统车载ATP设备将取代LKJ与机车信号对既有线列车的控制.本文以CTCS-1级ATP为主要研究对象,对比分析模块级冗余与系统级冗余方案下CTCS-1级ATP系统可靠性.根据CTCS-1级列控系统总体技术方案,构建模块级冗余与系统级冗余ATP可靠性框图,建立对应增强型贝叶斯网络(BN)模型.借助增强型BN正向推理,求解两种设计方案下ATP可靠性定量指标,评估两种设计方案的优劣.利用增强型BN模型逆向推理,求解列车超速防护(ATP)设备故障下基本单元条件失效概率,查找两种冗余设计方案的潜在薄弱环节.评估结果表明:两种方案下CTCS-1级ATP RAM指标均满足需求规范要求,但采用模块级冗余设计的CTCS-1级ATP RAM指标更优;外围冷备模块条件失效率明显高于其他模块,为CTCS-1级ATP的薄弱环节.     

基于漏泄同轴电缆的高速列控系统的设计

随着高速铁路和城市轨道交通的快速发展,传统的信号列控系统已经不能适应高密度、高速度和高安全性的行车需求,作为列控系统核心部分的车--地信息传输子系统则成为铁路信号技术研究的必然趋势.设计中提出的基于漏泄同轴电缆的列控系统,主要用来解决列车在隧道、地铁中行驶时车--地之间的实时双向通信问题,保证了控车信息在传输过程中的连续性,同时可以准确的判断出列车的上下行方向,进而实现了列车的实时追踪,确保了行车安全.     

面向对象Petri网技术在系统建模中的应用

面向对象Petri网将面向对象技术与Petri网相结合,利用对象的封装及继承等特性,降低了所建立系统模型的结构复杂性,增强了其可重用性和可剪裁性.系统的面向对象Petri网模型(OOPN)由对象模型(OPN)及对象联系模型(OCN)组成,前者描述对象内部的状态变化细节及与外部联系的接口,后者描述系统中各对象间的联系.分析了面向对象Petri网技术在各种复杂系统建模问题中的应用,并以电梯群控系统的建模为例,从电梯群控调度的角度,详细给出了OOPN模型的构建.     

浅析非安全通道传输列控安全信息的措施和方法

结合CTCS3级列车运行控制系统中采用无线通信(如GSM-R)实现地面-列车间连续、双向信息传输出现的问题,简单论述了列控系统无线传输的可靠性,并针对性地提出了进一步提高系统可靠性的措施和方法。     

通信协议离散事件系统故障的时间可诊断性分析

研究了基于离散事件系统的通信协议故障的时间可诊断性问题.时间可诊断性从系统运行角度分析系统模型的可诊断程度,为系统后续的故障诊断分析提供理论依据.通信协议离散事件系统存在数据传输过程中节点多、部分关键节点信息不能直接获取等缺点导致不可观故障分析十分困难,利用可观变迁序列和变迁触发时间重构故障事件的发生结合整数线性规划问题,提出基于部分可观标签时间Petri网的时间可诊断性分析方法.通信协议离散事件系统的数据传输过程的重要环节对应为变迁,标定各变迁点火时间区间,建立部分可观标签时间Petri网模型,通过状态类图重构故障事件的发生并修正变迁点火时间区间.根据检测时间点,遍历所有满足可观变迁触发时间和序列信息的路径,判断系统故障的时间可诊断性.最后建立通信协议离散事件系统的部分可观标签时间Petri网模型,结合系统工作过程中各执行机构可观测状态,对系统不可观部分故障进行时间可诊断性判断,验证算法的有效性.     

融合粗糙集和证据理论的车地无线通信设备故障诊断

针对车地无线通信设备故障诊断信息不一致的情况进行故障推理和诊断,提出了一种融合粗糙集与证据理论综合集成的车地无线通信设备故障诊断方法.该方法首先利用粗糙集剔除故障特征数据的冗余成分,提取互不相关的必需特征,将车地无线通信设备故障诊断问题用一个不同简化层次的故障决策网络表示,由网络节点根据定义出的规则置信度和覆盖度可推导出对应有效的故障诊断规则集合.在建立规则库的基础上,引入基于证据理论的信息融合技术,解决多传感器故障监测数据与诊断规则准确匹配的问题,建立故障推理机制,便可方便得出车地无线通信单元故障诊断结果,实例分析表明该方法能有效提高模型故障诊断能力,具有较强实用性.     

基于Modem的电压监测系统软件平台设计与实现

介绍了基于调制解调器的电压监测系统的上位机设计与实现方法以及系统软件结构框图 使用AT命令对调制解调器进行编程 ,用微软的ActiveX控件MSComm实现了串行通信 为了确保可靠的通信 ,构造了系统的Petri网通信模型 ,分析的结果表明 ,本文建立的通信模型不会发生死锁现象 还根据实际公共电话网的通信情况 ,介绍了一种如何从受干扰的数据中提取正确数据的方法 ,此方法可大大提高通信效率 最后介绍了软件控制Access数据库进行报表打印的方法 ,这种方法使得打印的报表更加美观和专业化     

基于层次时间自动机的移动授权的建模与验证

基于通信的列车运行控制(communication based train control,CBTC)系统以其安全、可靠等性能优点在城市轨道交通的运营中得到广泛关注。它通过其核心功能,即为每一列通信列车提供移动授权(movement authority,MA),来实现列车安全间隔运行。针对功能安全和实时性等方面的不足,首先,建立移动授权的层次时间自动机(hierarchical time automaton,HTA)模型,其中嵌入了列车管理、安全位置、遍历障碍物和列车筛选模块,并对模块间的交互信息进行分析;其次,采用巴科斯范式(Backus-Naur form,BNF)语法对其特性进行描述;最后,利用UPPAAL对各特性验证。结果表明,移动授权模型满足实时性、顽健性、可用性、完整性、安全性5项需求,层次时间自动机理论适用于系统需求规范的验证。     

网络协议工程中的Petri网技术

按照OSI／RM模型的层次,论述了Petri网在网络协议工程中的研究进展情况,并从协议描述、协议验证与分析的角度给出了基于Petri网的协议工程的基本方法,最后用有色Petri网对数据链路层的Stop-and-Wait通信协议进行描述分析．     

概率模型检验的CBTC系统通信协议的形式化验证

通信协议是CBTC系统重要的组成部分,它的正确性、稳定性和安全性对整个CBTC系统有重要影响.鉴于通信协议中某些参数具有随机特征,本文采用概率模型检验对其进行形式化验证.分析了概率模型检验的语义及语法,建立了通信协议的概率模型,用概率模型检验工具PRISM验证了典型的概率规范.结果证明,当信道正常概率为99%,系统无延时概率为99%时,通信协议失效率小于1.5×1010.说明了用概率模型检验验证具有随机特征参数的通信协议,方法简单快捷,结论清晰明了.     

用NJTU模型描述CCITT七号信令系统

本文吸取了UCLA图模型,Unified模型,数值Petri网模型(NPN)的优点,提出一种新的描述通信协议的混合模型(NJTU模型)。 NJTU模型易于描述具有多个并行工作的子系统的通信协议,能充分反映子系统内部的控制转移和各模块间的相互关系。本文第二节给出了NJTU模型的定义,第三节阐明了NJTU模型的特点,并同其它几种模型进行比较,第四节给出了NJTU模型的应用例子。     

基于消息中间件的电子政务协同工作流模型的研究

如何实现各政府部门的异构系统间互联互通是电子政务领域一项极富挑战性的工作。提出了基于消息中间件的电子政务协同工作流模型,将异构系统整合到统一的业务流程之中,并采用Petri网对业务流程中各部门子系统间的调用序列进行了形式化描述,确保了业务流程建模的正确性。     

飞控计算机系统分层混合可靠性建模方法

对于复杂的非相似、多余度飞控计算机系统,根据其结构特点,综合静态和动态可靠性建模方法的优势,提出了采用可靠性框图（RBD）和广义随机Petri网（GSPN）相结合的分层混合建模方法,并对建模过程中低层各子系统存在共因失效部件情况下的可靠性建模和求解作了分析.分别采用分层混合建模方法和动态可靠性建模GSPN方法对Boeing777电传主飞控计算机系统进行可靠性建模和分析.同动态GSPN方法相比,该方法综合采用了静态和动态可靠性建模方法,具有状态空间模型的灵活性和组合模型求解的高效性,同时层次结构避免了GSPN方法带来的状态空间爆炸问题.由结果比较可得,该方法可行、高效、精确.     

一种基于DeviceNet现场总线协议的安全通信层设计

以核电站数字仪控系统为背景,以提高网络通信可靠性为目的,提出一种基于Device Net现场总线协议的安全通信层协议设计.本研究通过分析国标IEC61784所提出的八种通信故障,在原协议的基础上扩展了几种安全措施,可以预防以上所有通信故障,保证整个通信系统的可靠性和安全性.本文在硬件平台MICON系统上进行了协议栈的开发和验证,实验证明这些措施能够满足该平台对可靠性及安全性的需求.     

“复兴号”动车组网络控制系统冗余设计

为解决高速动车组网络系统在冗余性设计上的安全性及可靠性等问题,以“复兴号”动车组网络控制系统冗余设计需考虑的因素为基础,提出了高速动车组网络控制系统在硬件及软件上的冗余性设计原则、措施及方法.通过动车组的批量应用验证了网络控制系统冗余设计在保证动车组安全性、可靠性及可用性方面的良好效果.