基于模型的高速列車運行控制系統(tǒng)可信性驗證方法研究.pdf

1、隨著列車運行控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展，人們對于其能否安全可靠的完成承載運輸任務(wù)越來越關(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的關(guān)鍵。采用科學(xué)、系統(tǒng)的可信性驗證方法對高速列控系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行可信性的驗證是這一類系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程不可缺少的環(huán)節(jié)。隨著計算機(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)的可信性驗證帶來了極大的挑戰(zhàn)。
　　論文針對高速列控系統(tǒng)的特點，在深入分析現(xiàn)有可信性驗證方法側(cè)重點

2、和局限性的基礎(chǔ)上，將可信性驗證的內(nèi)容確定為四個屬性和兩個部分。四個屬性包括：可靠性，可用性，可維修性和安全性；兩個部分包括：結(jié)構(gòu)可信性驗證和功能可信性驗證。對基于嵌入式系統(tǒng)的高速列控系統(tǒng)來說，結(jié)構(gòu)可信性是功能可信性的基礎(chǔ)。本文針對當(dāng)前列控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可信性驗證驗證存在的問題，提出了多形式化語義融合方法，在對擴(kuò)展參數(shù)化故障樹(Extended Parametric Fault Tree，EPFT)、可維修故障樹(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(HMC-PRFT)結(jié)構(gòu)可信性驗證方法，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可信性驗證提供了更加準(zhǔn)確、高效的分析方法。針對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測試方法，提出了基于CPN模型和貝葉斯假設(shè)的功能安全性

4、自動測試方法，通過概率描述的定量方式來反應(yīng)系統(tǒng)功能是否達(dá)到安全需求，從而有效提高了測試效率，降低了測試負(fù)荷，同時也為系統(tǒng)安全性測試提供了理論支持。
　　論文的主要創(chuàng)新點如下：
　　(1)針對既有結(jié)構(gòu)可信性驗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，提出一種對參數(shù)化故障樹的擴(kuò)展機(jī)制，并運用這種機(jī)制將傳統(tǒng)的“熱備門”引入到參數(shù)化故障樹中，擴(kuò)展了參數(shù)化故障樹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)針對既有結(jié)構(gòu)可信性驗證方法的可信性數(shù)值計算困難的缺陷，擴(kuò)展了有色Petri網(wǎng)的隨機(jī)事件描述能力和數(shù)值計算能力；在此基礎(chǔ)上，提出多形式化語義融合方法，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現(xiàn)了可信性數(shù)值計算；
　　(3)針對目前功能安全性測試內(nèi)容不明確問題，提出了安全性自動測試方法，運用基于CPN的面向測試生成的建模方法和測試生成算法實現(xiàn)，包括：測試案例生成算法，功能測試

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)針對目前功能安全性測試評判標(biāo)準(zhǔn)的不明確問題，提出了基于貝葉斯假設(shè)的功能SIL等級定量評價測試方法，針對無歷史測試數(shù)據(jù)和有歷史測試數(shù)據(jù)兩種情況下，分別提出了與SIL等級對應(yīng)的無失效通過的測試案例數(shù)目計算方法。
　　論文最后以中國列車運行控制系統(tǒng)第3級(CTCS-3)中的重要子系統(tǒng)――無線閉塞中心(Radio Block Center，RBC)子系統(tǒng)為例，采用HMC-