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基于STPA的CTCS-1级列控系统区域列控数据中心安全分析方法的研究
| 论文题名： | 基于STPA的CTCS-1级列控系统区域列控数据中心安全分析方法的研究 |
| 关键词： | 列车运行控制系统;数据中心;安全分析 |
| 摘要： | 中国列车运行控制系统1级(Chinese Train Control System level1，简称CTCS-1)适用于200km/h以下新建及改造线路，采用目标-距离连续速度控制模式监控列车安全运行，目前正处于研发阶段。因此，对该系统进行安全分析与评估，来识别特定的应用场景存在的安全隐患，有着非常重要的意义。区域列控数据中心(Regional Data Center，简称RDC)作为CTCS-1级列控系统的核心地面设备，是一个实时多任务系统，它处理来自调度集中、临时限速服务器和车站联锁发送的数据，结合列车的位置报告，通过GSM-R网络向车载设备发送线路数据和临时限速信息。 本文研究了基于STPA(System-Theory Process Analysis，系统理论的过程分析)与模型验证相结合的RDC安全性分析方法。与传统的风险识别方法相比，STPA能够系统化、模块化地准确识别风险。论文完成的主要工作如下: (1)首先，以RDC的行车数据生成和临时限速发送场景为例，完成了基于STPA的RDC安全分析流程。对事故和危险进行识别，使用SysML中的内部模块图描述CTCS-1级列控系统的分层控制结构模型，详细刻画RDC的过程模型，分析控制行为缺陷并逐项分析系统中的不安全控制行为，最终得到相关的安全约束和需求(Safety Design Requirement，简称SDR)，为之后的UPPAAL模型验证语句提供来源。 (2)然后，使用SysML对RDC的主要运营场景进行建模，并将模型转换为时间自动机模型。使用SysML顺序图对RDC信息控制中主要流程进行建模，包括设备启动、列车注册、正常行车、列车注销四个流程，使用SysML顺序图、活动图和状态机图对临时限速场景进行单独建模;采用ATL(Atlas Transformation Language)模型转换方法，通过建立SysML元模型和UPPAAL元模型，以及建立明确的SysML顺序图、活动图和状态机图到时间自动机的转换规则，将SysML顺序图、活动图和状态机图转换为时间自动机模型。 (3)最后，完成基于STPA的安全分析和基于UPPAAL的验证的结合，以验证RDC是否满足SDR和相应的功能要求。将STPA分析得到的SDR映射为BNF(Backus Normal Form，巴科斯范式)验证语句，并将其划分为逻辑功能、时序功能和安全性三类语句;将SysML模型转换得到的时间自动机模型进行整合，得到时间自动机模型网络，通过UPPAAL模拟仿真及安全性需求验证，验证了基于STPA的安全分析与模型验证相结合的方法的有效性。 |
| 作者： | 刘莎晨 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 张勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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