基于模型的高速列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)可信性驗(yàn)證方法研究.pdf

1、隨著列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于其能否安全可靠的完成承載運(yùn)輸任務(wù)越來(lái)越關(guān)注，而列控系統(tǒng)的可信性是否達(dá)到需求是影響這一點(diǎn)的關(guān)鍵。采用科學(xué)、系統(tǒng)的可信性驗(yàn)證方法對(duì)高速列控系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行可信性的驗(yàn)證是這一類(lèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程不可缺少的環(huán)節(jié)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、嵌入式特性和功能邏輯復(fù)雜性，給高速列控系統(tǒng)的可信性驗(yàn)證帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。
　　論文針對(duì)高速列控系統(tǒng)的特點(diǎn)，在深入分析現(xiàn)有可信性驗(yàn)證方法側(cè)重點(diǎn)

2、和局限性的基礎(chǔ)上，將可信性驗(yàn)證的內(nèi)容確定為四個(gè)屬性和兩個(gè)部分。四個(gè)屬性包括：可靠性，可用性，可維修性和安全性；兩個(gè)部分包括：結(jié)構(gòu)可信性驗(yàn)證和功能可信性驗(yàn)證。對(duì)基于嵌入式系統(tǒng)的高速列控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)可信性是功能可信性的基礎(chǔ)。本文針對(duì)當(dāng)前列控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可信性驗(yàn)證驗(yàn)證存在的問(wèn)題，提出了多形式化語(yǔ)義融合方法，在對(duì)擴(kuò)展參數(shù)化故障樹(shù)(Extended Parametric Fault Tree，EPFT)、可維修故障樹(shù)(Repairable Faul

3、t Tree，RFT)、混成馬爾可夫鏈(Hybrid Morkov Chain，HMC)和擴(kuò)展有色Petri網(wǎng)(Extended Colored Petri Net，ECPN)四種方法進(jìn)行融合后，得到混成馬爾可夫――參數(shù)化可維修故障樹(shù)(HMC-PRFT)結(jié)構(gòu)可信性驗(yàn)證方法，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可信性驗(yàn)證提供了更加準(zhǔn)確、高效的分析方法。針對(duì)功能可信性的重要組成――功能安全性，研究了功能安全性自動(dòng)測(cè)試方法，提出了基于CPN模型和貝葉斯假設(shè)的功能安全性

4、自動(dòng)測(cè)試方法，通過(guò)概率描述的定量方式來(lái)反應(yīng)系統(tǒng)功能是否達(dá)到安全需求，從而有效提高了測(cè)試效率，降低了測(cè)試負(fù)荷，同時(shí)也為系統(tǒng)安全性測(cè)試提供了理論支持。
　　論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)針對(duì)既有結(jié)構(gòu)可信性驗(yàn)證方法的建模能力局限，包括復(fù)雜冗余策略建模能力局限和復(fù)雜維修策略建模能力局限，提出一種對(duì)參數(shù)化故障樹(shù)的擴(kuò)展機(jī)制，并運(yùn)用這種機(jī)制將傳統(tǒng)的“熱備門(mén)”引入到參數(shù)化故障樹(shù)中，擴(kuò)展了參數(shù)化故障樹(shù)的熱備策略描述能力；提出了混成馬爾可夫

5、鏈維修策略描述方法；
　　(2)針對(duì)既有結(jié)構(gòu)可信性驗(yàn)證方法的可信性數(shù)值計(jì)算困難的缺陷，擴(kuò)展了有色Petri網(wǎng)的隨機(jī)事件描述能力和數(shù)值計(jì)算能力；在此基礎(chǔ)上，提出多形式化語(yǔ)義融合方法，得到HMC-PRFT結(jié)構(gòu)可信性建模分析方法，提高了建模能力并實(shí)現(xiàn)了可信性數(shù)值計(jì)算；
　　(3)針對(duì)目前功能安全性測(cè)試內(nèi)容不明確問(wèn)題，提出了安全性自動(dòng)測(cè)試方法，運(yùn)用基于CPN的面向測(cè)試生成的建模方法和測(cè)試生成算法實(shí)現(xiàn)，包括：測(cè)試案例生成算法，功能測(cè)試

6、序列及其輸入域生成方法和誘導(dǎo)功能執(zhí)行序列生成方法；
　　(4)針對(duì)目前功能安全性測(cè)試評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的不明確問(wèn)題，提出了基于貝葉斯假設(shè)的功能SIL等級(jí)定量評(píng)價(jià)測(cè)試方法，針對(duì)無(wú)歷史測(cè)試數(shù)據(jù)和有歷史測(cè)試數(shù)據(jù)兩種情況下，分別提出了與SIL等級(jí)對(duì)應(yīng)的無(wú)失效通過(guò)的測(cè)試案例數(shù)目計(jì)算方法。
　　論文最后以中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)第3級(jí)(CTCS-3)中的重要子系統(tǒng)――無(wú)線(xiàn)閉塞中心(Radio Block Center，RBC)子系統(tǒng)為例，采用HMC-