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文檔簡(jiǎn)介
1、高速列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱高速列控系統(tǒng))是高速鐵路的核心技術(shù)和關(guān)鍵裝備,對(duì)于確保高速列車運(yùn)行安全和運(yùn)輸效率起著重要的作用。一旦高速列控系統(tǒng)出現(xiàn)問題,將有可能造成行車中斷,甚至是車毀人亡的嚴(yán)重后果。為保障高速列控系統(tǒng)的安全性,必須采用科學(xué)、有效的安全分析方法在系統(tǒng)生命周期的各個(gè)階段分別對(duì)系統(tǒng)危險(xiǎn)進(jìn)行分析、控制。其中,在生命周期的早期階段——系統(tǒng)需求階段——實(shí)施系統(tǒng)危險(xiǎn)分析,是系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)和安全評(píng)估順利進(jìn)行的重要前提,對(duì)于保障高速列控系統(tǒng)的
2、安全性具有重要意義。然而,隨著計(jì)算機(jī)、通信以及控制技術(shù)的發(fā)展,融合這些技術(shù)為一體的高速列控系統(tǒng)擁有比傳統(tǒng)的列控系統(tǒng)更加復(fù)雜的功能和交互關(guān)系,其行為的時(shí)序性和混成性也更加突出,這都給系統(tǒng)安全分析帶來了極大的挑戰(zhàn)。
論文針對(duì)需求階段的高速列控系統(tǒng)安全分析問題,提出基于STPA(System-theory Process Analysis)的高速列控系統(tǒng)安全分析方法。其中,在深入研究高速列控系統(tǒng)行為時(shí)序規(guī)律的基礎(chǔ)上,定義了控制行為時(shí)
3、序邏輯(Control Action TemporalLogic,CATL),并論證了CATL邏輯的約簡(jiǎn)法則,將其引入基于系統(tǒng)理論的危險(xiǎn)分析過程中;提出控制關(guān)系模型的形式化描述語言以及不恰當(dāng)控制行為求解算法,為系統(tǒng)危險(xiǎn)致因機(jī)理及演化規(guī)律的分析提供了更加科學(xué)、有效的方法;論文進(jìn)一步研究了需求階段的高速列控系統(tǒng)中的控制缺陷類型,提出功能失效描述符號(hào)(Function Failure Description Notation,F(xiàn)FDN)、形式
4、化模型整合算法以及控制缺陷辨識(shí)方法,更加準(zhǔn)確、高效的辨識(shí)了系統(tǒng)危險(xiǎn)的根本致因。
論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
(1)針對(duì)高速列控系統(tǒng)及其系統(tǒng)需求規(guī)范的特點(diǎn),提出多種方式相結(jié)合的安全分析模型構(gòu)建方法,即采用分層控制框圖、UML狀態(tài)圖、過程模型圖以及功能列表等相結(jié)合的方式對(duì)系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述,有助于分析人員更加準(zhǔn)確的刻畫系統(tǒng)需求規(guī)范所描述的系統(tǒng)。
(2)針對(duì)高速列控系統(tǒng)中控制行為的時(shí)序特征,提出控制行為時(shí)序邏輯
5、CATL。利用該邏輯對(duì)高速列控系統(tǒng)中控制行為的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行形式化描述。提出并證明了控制行為時(shí)序邏輯的約簡(jiǎn)法則,利用約簡(jiǎn)法則可將復(fù)雜的CATL邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)為等價(jià)且簡(jiǎn)單的邏輯公式組合,有助于對(duì)實(shí)際控制行為的分析。
(3)針對(duì)高速列控系統(tǒng)中控制行為的各類關(guān)系,提出控制關(guān)系模型CARM并給出其形式化語法和語義,利用該模型實(shí)現(xiàn)高速列控系統(tǒng)中控制行為關(guān)系的描述。提出不恰當(dāng)控制行為求解算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)高速列控系統(tǒng)中不恰當(dāng)控制行為及其時(shí)序關(guān)系的
6、分析。
(4)針對(duì)需求階段的高速列控系統(tǒng)中的控制缺陷,提出形式化的功能失效描述符號(hào)FFDN,實(shí)現(xiàn)對(duì)功能模塊失效情況的形式化描述。提出模型整合算法,根據(jù)該算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常行為模型和故障模型的整合。利用成熟的形式化工具實(shí)施危險(xiǎn)致因分析,在一定程度上減少分析過程的主觀性。
論文最后以中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)3級(jí)(Chinese Train Control System Level3,CTCS-3)的典型工作場(chǎng)景為例,采用本文所
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