基于stpa的需求阶段的高速列车运行控制系统安全分析方法研究

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1、学校代码：密级：公开交遂乂孳博士学位论文论文题目基于的需求阶段的高速列车运行控制系统安全分析方法研究学科专业交通信息工程及控制作者姓名刘金涛指导教师唐涛教授二零一五年六月办交乂博士学位论文基于的需求阶段的高速列车运行控制系统安全分析方法研究作者：刘金涛导师：唐涛教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意

2、学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名导师签名签字日期：厶年签字日期：年月学校代码：密级：公幵北京交通大学博士学位论文基于的需求阶段的高速列车运行控制系统安全分析方法研究作者姓名：刘金涛学号：导师姓名：唐涛职称：教授学位类别：工学学位级别：博士学科专业：交通信息工程及控制研究方向：系统安全理论北京交通大学年月致谢在此衷心感谢我的博生生导师唐涛教授。本论文是在唐教授的悉心指导下完成的

3、，唐教授勤奋的工作态度、渊博的知识、严谨的治学精神以及科学的工作方法对我产生的极大的影响和帮助，使我受益终身。同时，唐教授对于我的生活也给予了极大的关怀和无微不至的照顾，体现出极大的人格魅力，在此我再次对于我亲爱的导师唐涛教授致以诚挚的感谢。北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室的徐田华老师、赵林老师、黄有能老师等，对于我的实验室科研工作和论文都给予了极大的帮助，提出了很多宝贵的意见，在此对于各位老师致以衷心的感谢。在实验室学习期间，吕继东师兄、牛儒师姐、刘超师兄、王呈师兄、谢雨飞师兄、赵显琼师兄、陈黎洁

4、师姐、张岩师兄以及王洪伟、李辰岭、孙上鹏、柴铭、周玉平、岳龙、李伟、顾青、唐武梅、曹妍、李宪、刘玉鹏等同学给予我的支持和帮助，在此向他们表达我的感激之情。最后，特别地感谢我的父亲和母亲，父亲的坚韧与勤勉指引我在博士研究期间勇往直前，母亲的呵护与关爱使我在挫折中重新扬起奋斗的风帆。你们给我的爱时刻照亮着我脚下的路，给我前行的动力。同时，由衷地感谢我的女朋友杜秀萍女士，她对我无微不至的照顾和默默的陪伴为我漫长的求学之路增添了色彩，她的理解和包容使我可以全身心的完成我的学业。摘要摘要高速列车运行控制系统（简称高速列控

5、系统）是高速铁路的核心技术和关键装备，对于确保高速列车运行安全和运输效率起着重要的作用。一旦高速列控系统出现问题，将有可能造成行车中断，甚至是车毁人亡的严重后果。为保障高速列控系统的安全性，必须采用科学、有效的安全分析方法在系统生命周期的各个阶段分别对系统危险进行分析、控制。其中，在生命周期的早期阶段—系统需求阶段—实施系统危险分析，是系统安全设计和安全评估顺利进行的重要前提，对于保障高速列控系统的安全性具有重要意义。然而，随着计算机、通信以及控制技术的发展，融合这些技术为一体的高速列控系统拥有比传统的列控系统

6、更加复杂的功能和交互关系，其行为的时序性和混成性也更加突出，这都给系统安全分析带来了极大的挑战。论文针对需求阶段的高速列控系统安全分析问题，提出基于的高速列控系统安全分析方法。其中，在深入研究高速列控系统行为时序规律的基础上，定义了控制行为时序逻辑（并论证了逻辑的约简法则，将其引入基于系统理论的危险分析过程中；提出控制关系模型的形式化描述语言以及不恰当控制行为求解算法，为系统危险致因机理及演化规律的分析提供了更加科学、有效的方法；论文进一步研究了需求阶段的高速列控系统中的控制缺陷类型，提出功能失效描述符号、形式

7、化模型整合算法以及控制缺陷辨识方法，更加准确、高效的辨识了系统危险的根本致因。论文的主要创新点如下：针对高速列控系统及其系统需求规范的特点，提出多种方式相结合的安全分析模型构建方法，即采用分层控制框图、状态图、过程模型图以及功能列表等相结合的方式对系统分层控制结构进行描述，有助于分析人员更加准确的刻画系统需求规范所描述的系统。针对高速列控系统中控制行为的时序特征提出控制行为时序逻辑。利用该逻辑对高速列控系统中控制行为的时序关系进行形式化描述。提出并证明了控制行为时序逻辑的约简法则，利用约简法则可将复杂的逻辑表达

8、式化简为等价且简单的逻辑公式组合，有助于对实际控制行为的分析。针对高速列控系统中控制行为的各类关系，提出控制关系模型并给出其形式化语法和语义，利用该模型实现高速列控系统中控制行为关系的描述。提出不恰当控制行为求解算法，实现对高速列控系统中不恰当控制行为及其时序关系的分析。北京交通大学博士学位论文针对需求阶段的高速列控系统中的控制缺陷，提出形式化的功能失效描述符号实现对功能模块失效情况的