基于UPPAAL的城市轨道交通CBTC区域控制子系统建模与验证
城市轨道交通CBTC系统仿真实验室设计
城市轨道交通CBTC系统仿真实验室设计
1. 实验室布局设计
CBTC系统仿真实验室的布局应考虑到实验设备的安装、试验人员的工作流程以及安全要求。
一般可以分为三个区域，即控制台区、仿真区和数据处理区。
控制台区设置列车调度和监控设备，仿真区设置列车信号发生器、通信设备等，数据处理区设置数据采集和处理设备。
2. 实验设备选型
CBTC系统仿真实验室需要配备各种实验设备，包括列车信号发生器、列车模拟器、通信设备、同步测试设备等。
这些设备应具备稳定可靠的性能，能够模拟真实 CBTC 系统的各种工作环境和故障情况。
3. 软件开发和集成
CBTC系统仿真实验室需要开发相关软件来实现列车的模拟运行、数据采集和分析等功能。
通过仿真软件，可以模拟真实列车运行情况，进行各种测试和优化。
需要将仿真实验室与实际CBTC系统进行集成，确保实验结果的可靠性和适用性。
4. 实验流程设计
CBTC系统仿真实验室的实验流程应包括系统性能测试、安全性能测试、应急处理测试等多个环节，以验证CBTC系统在不同工作状态和故障情况下的性能和可靠性。
要注意设计合理的实验参数和评估指标，以确保实验数据的有效性和可比性。
5. 实验结果分析和报告撰写
CBTC系统仿真实验室进行的实验应及时将实验数据进行分析和整理，并撰写相关实验报告。
实验报告应包括实验的目的、方法、结果和结论等内容，以便后续的系统优化和改进工作。
通过建立CBTC系统仿真实验室，可以对CBTC系统进行全面深入的测试和验证，为实际的系统运营提供可靠的参考和保障。
实验室的建设也为CBTC系统的研发和改进提供了必要的技术支持。
CBTC系统移动授权的安全建模与验证
CBTC系统移动授权的安全建模与验证CBTC系统移动授权的安全建模与验证随着现代城市轨道交通的快速发展，基于通信的列车控制（CBTC）系统在全球范围内得到了广泛的应用。
CBTC系统通过无线通信和信号处理技术实现列车运行的监测和控制，提高了轨道交通的运行效率和安全性。
其中，移动授权是CBTC系统中的重要组成部分，它使得列车能够根据实时的交通状况和信号指令进行移动操作，但同时也引发了安全性和可靠性的问题。
移动授权的安全建模是CBTC系统设计中的关键环节之一。
在安全建模过程中，需要考虑CBTC系统的各类威胁和安全需求，以确保系统能够有效地抵抗各类攻击。
首先，需要对CBTC系统的整体架构进行分析和设计，确定系统的各个组成部分和它们之间的关系。
然后，根据系统的安全需求和威胁模型，进行威胁分析和风险评估，找到系统中的潜在漏洞和可能受到的攻击。
最后，通过采用适当的安全策略和防护措施，对系统进行建模和验证，确保系统能够在各类威胁下保持稳定和安全。
在CBTC系统移动授权的安全建模和验证过程中，需要考虑以下几个方面。
首先，需要确定系统的攻击者模型，分析和评估攻击者的能力和意愿，以及他们可能采取的攻击手段和方式。
其次，需要对系统进行身份认证和访问控制的设计和建模，确保只有合法的用户和列车操作员才能够获得授权，并对系统进行控制和操作。
同时，还需要考虑系统的数据安全和通信安全问题，采用适当的加密算法和协议，保护系统中的数据和通信过程不受攻击者的干扰和窃听。
在CBTC系统移动授权的安全验证中，可以采用模型检测、安全测试和仿真等方法。
通过建立形式化的模型和规范，对系统进行形式化验证和安全分析，发现系统中的潜在漏洞和弱点。
同时，通过安全测试和仿真来模拟实际环境下的攻击和操作情景，对系统进行一系列的安全测试和评估，找出系统中的安全漏洞和薄弱环节。
在CBTC系统移动授权的安全建模和验证过程中，需要充分考虑系统的开放性和复杂性。
CBTC系统作为一个集成了多个子系统和组件的大型系统，它的安全性和可靠性涉及到多方面的因素和问题。
CBTC论文：城市轨道交通区域控制器的研究
CBTC论文：城市轨道交通区域控制器的研究【中文摘要】基于无线通信的列车控制系统CBTC (Communication Based Train Control)是今后城轨交通列控系统的发展趋势。
作为CBTC系统的核心地面设备,区域控制器主要实现移动授权的生成和发送,是决定CBTC系统下列车行车效率、控制精度、安全性和可靠性的重要因素。
本文在分析了CBTC系统的运行机理基础上,确定了区域控制器的功能需求和设计原理,剖析了区域控制器与其它子系统的关系,以区域控制器作为研究对象,进行系统建模和仿真。
由于区域控制器生成移动授权是在与其它子系统进行交互的基础上完成的,所以根据区域控制器与其它子系统的关系,引入有色Petri 网建模理论,在CPN tools建模环境下,对区域控制器与其它子系统的交互过程进行建模,通过仿真可验证模型的正确性,并对模型进行状态空间计算和性能分析。
区域控制器与其它子系统的交互过程机理确定后,从数据资源、数据流等方面阐述了区域控制器生成移动授权的原理,确定了各种运行场景下移动授权的生成。
为了全面地分析区域控制器在CBTC系统中的作用,论文还讨论了在系统发生故障的情况下区域控制器的处理策略。
论文在研究区域控制器的功能和交互过程基础上,在VC++开发平台上设计了区域控制器的仿真系统软件,仿真软件具有界面友好、模块化和图形在线显示等特点,完成了对区域控制器在不同列车运行场景下进行多车控制的功能验证和仿真实现。
【英文摘要】Since CBTC(Communication Based Train Control)will be a trend for development. Zone controller, as core ground installation of CBRC system, plays key role in travelling effeteness, control accuracy, safety and reliability under the CBTC system through the completion of movement authority production and transmitting. We made the contribution on working mechanism of CBTC, function required of zone controller as well as its design principle. Moreover, we confirmed the connection of zone controller with other subsystems and set modeling and simulation aimed at zone controller.Though, zone controller is production movement authority based on exchange with other subsystems that introduces colored Petri net modeling theory. To modal aimed at exchange of zone controller and subsystem conducted by CPN tools. Models can be validated by simulation, they also can be state space calculated and performance analysis by CPN tools.With the confirmation of the mechanism of interaction between zone controller and other subsystems, how the zone controller generated the movement authority has been elucidated from the aspect of data recourses and data stream. We confirmed the movement authority generation of each working condition. To further analyze the function of zone controller in CBTC system, we made the discussion on its treatment strategy to the faulty system.Based on the functionand exchange process of zone controller, we develop a simulation system software using VC++. This software is featured by friendly interface, modularization, images displayed on-line and realized the function validated and simulation for zone controller with different trains working under numerous controls.【关键词】CBTC 区域控制器移动授权有色Petri网 VC++【英文关键词】CBTC Zone Controller Movement Authority Colored Petri net VC++【目录】城市轨道交通区域控制器的研究摘要6-7Abstract7第1章绪论10-15 1.1 概述10-11 1.2 CBTC技术的发展11-12 1.2.1 国外CBTC发展与应用11-12 1.2.2 国内CBTC发展与应用12 1.3本论文研究意义12-13 1.4 论文的研究内容13-15第2章区域控制器系统描述15-24 2.1 CBTC系统原理15-17 2.2 CBTC区域控制器组成原理17-18 2.3 区域控制器功能需求18-20 2.4 ZC与其它子系统关系20-21 2.5 ZC切换21-24第3章 CBTC区域控制器应用建模24-36 3.1 有色Petri网建模可行性分析24-25 3.2 ZC与DSU交互模型设计25-27 3.3 ZC与VOBC 交互模型设计27-30 3.4 ZC与ATS交互模型设计30-32 3.5 ZC与CI交互模型设计32-36第4章区域控制器移动授权的生成36-58 4.1 移动授权的内容36-38 4.1.1 移动授权的概念36 4.1.2 移动授权的结构及内容36-38 4.2 移动授权相关ZC输入输出信息38-41 4.2.1 区域控制器的输入信息38-40 4.2.2 区域控制器的输出信息40-41 4.3 移动授权延伸41-42 4.4 移动授权算法设计42-46 4.4.1 移动授权算法设计原则42-45 4.4.2 移动授权终点(EOA)判断数学模型45-46 4.5 不同运行场景下的移动授权设计46-56 4.5.1 区间MA的设计47-48 4.5.2 区间列车追踪过程的MA设计48-49 4.5.3 站内的MA设计49-51 4.5.4 ZC切换时的MA设计51-52 4.5.5 列车进出车辆段时的MA设计52-54 4.5.6 列车自动折返时的MA设计54-56 4.6 系统故障工况下的ZC处理策略56-58 4.6.1 车载设备无线通信发生故障56 4.6.2 车载ATP发生故障56-57 4.6.3 ZC发生故障57-58第5章 ZC仿真系统软件设计与实现58-71 5.1 ZC仿真系统软件总体方案设计58 5.2 ZC仿真系统软件功能模块设计58-64 5.2.1 移动授权的生成59 5.2.2 注册列车59-60 5.2.3 注销列车60-61 5.2.4 本地数据库更新61-62 5.2.5 ZC切换62-63 5.2.6 临时限速63-64 5.3 牵引计算模块设计64-65 5.4 通信数据模块设计65-68 5.5 ZC系统软件仿真实现68-71结论71-72论文所做工作71总结与展望71-72致谢72-73参考文献73-76。
城市轨道交通CBTC系统关键技术探讨
城市轨道交通CBTC系统关键技术探讨随着计算机和通讯技术的飞速发展，自动控制技术也得以迅猛发展，广泛应用于城市轨道交通行业。
为提高城市轨道交通的运营效率，人们研发出一种基于无线通信的列车自动控制系统，即CBTC系统。
文章主要就轨道交通CBTC系统关键技术进行了相关的分析，以供参考。
标签：城市轨道交通；CBTC系统关键技术；列车自动驾驶子系统（ATO）目前我国城市轨道交通运行速度和运行密度的不断提高，实现高水平列车自动驾驶的系统功能则成为CBTC信号系统的关键。
一、CBTC系统及其构成CBTC系统由ATS子系统、ATP、ATO子系统、联锁子系统、DCS子系统等构成，各子系统均采用模块化设计。
ATP子系统是保证行车安全、防止错误进路、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备。
ATP负责全部的列车运行保护，是列车安全运行的保障。
ATO即列车自动驾驶，它代替司机操纵列车驱动、制动设备，自动实现列车的启动、加速、匀速惰性、制动等驾驶功能。
在ATP系统的基础上安装了ATO系统，列车就可以采用手动方式或自动方式行驶。
ATS在ATP和ATO系统的支持下，根据运行时刻表完成对列车运行的自动监控，可自动或由人工监督和控制正线（车辆段、试车线除外），及向调度员和外部系统提供信息。
DCS数据通信系统的主要作用是在各个子系统之间传输ATC 报文。
（一）CBTC技术组成CBTC 技术包括：⑴无线通信技术，⑵移动闭塞技术，⑶列车定位技术。
由于CBTC 是基于无线通信的列车控制系统，自然离不开通信技术的支持。
无线通信的种类很多，常见的有基于OFDM（正交频分复用技术）通信、扩展频谱通信、跳频技术、WLAN（无线局域网）技术。
移动闭塞是实现CBTC的关键技术之一，CBTC是这种闭塞方式的应用系统。
它与固定闭塞相比，其最显著的特点是取消了以信号机分隔的固定闭塞区间。
列车在线路上运营的间隔距离由列车在线路上的实际位置和运行情况确定，闭塞区间随列车的形势，不断变化，故称为移动闭塞。
城市轨道交通装备产品认证实施规则特定要求——城市轨道交通基于
产品认证赵天时，孙 超，郎学伟（中铁检验认证中心有限公司，北京 100081）摘 要：城市轨道交通装备产品认证是我国市场准入制度的重要组成。
在分析认证理论、国外轨道交通认证的基础上，对我国城市轨道交通装备产品认证的规则中《城市轨道交通装备产品认证实施规则 特定要求—城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统（CBTC ）》规则进行分析和解读。
关键词：城市轨道交通；装备；产品认证；实施规则；CBTC中图分类号：U284.7城市轨道交通装备产品认证实施规则特定要求—城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统（CBTC）规则解读基金项目：中国铁道科学研究院基金课题（2017YJ114）作者简介：赵天时（1978—），男，副研究员0 引言上世纪九十年代以来，随着我国国民经济持续、高速增长，城市化进程明显加快，城市轨道交通作为一种高效、环保和安全的大容量公共交通方式，进入稳定、快速发展阶段。
特别是在“一带一路”政策背景下，我国城市轨道交通产业正加速在全球的布局，城市轨道交通产业迎来又一个黄金时期。
近10年来，在我国轨道交通装备国产化工作的推动下，我国城市轨道交通制造业在迅速成长。
为满足市场和国产装备制造业发展需要，建立我国城市轨道交通技术装备产品认证体系已迫在眉睫。
另外，我国经济发展、民生改善、社会进步和国家安全等方面对轨道交通运输保障能力提出越来越高的要求。
发展城市轨道交通认证服务，提高装备产品认证水平，就是加强轨道交通行业交通运输保障能力。
因此，需要适度超前的开展城市轨道交通装备产品认证等相关服务，逐步提升装备产品认证能力。
中华人民共和国国家发展和改革委员会（以下简称“国家发改委”）一直十分重视我国城市轨道交通技术装备认证制度的建设工作，在近几年连续颁布了《国家发展改革委关于进一步推进城市轨道交通装备制造业健康发展的若干意见》（发改产业[2010]2866号），《关于建立城市轨道交通技术装备认证制度的函》（发改办产业[2010]463号文），以及中华人民共和国国家认证认可监督管理委员会（以下简称“国家认监委”）《关于对建立我国城市轨道交通技术装备认证制度的复函》（认办证函[2010]261号），积极推动我国城市轨道交通技术装备认证。
基于城市轨道交通CBTC系统中ATO子系统的概述
基于城市轨道交通CBTC系统中ATO⼦系统的概述2019-10-12摘要：对于城市轨道交通系统的⾼效率、⾼密度的要求来说，列车⾃动控制是必不可少的。
其中⼀个重要的⼦系统——列车⾃动运⾏（驾驶）系统（ATO）能模拟有经验的司机完成驾驶列车的任务。
ATO⼦系统利⽤地⾯信息实现对列车牵引、制动的控制，使列车经常处于最佳运⾏状态，提⾼乘客的舒适度，提⾼列车准点率，节省资源。
同时列车⾃动控制系统在技术上⽇臻完善，已成为城市轨道交通的⼀个重要环节。
关键字：城市轨道交通；列车⾃动驾驶； CBTC中图分类号：U231+.3 ⽂献标识码：A绪论ATO系统是⼀个完整的列车运⾏⾃动控制系统，包括列车的⾃动启动、⾃动调速、⾃动停车和定点停车等主要功能。
ATO可以⾃动完成熟练司机的⼯作，同时可以合理地控制全线列车的运⾏。
根据从列车⾃动防护系统接收到的⽬标速度信息、线路数据信息和由列车⾃动监督系统发出的命令，ATO可以合理地控制列车的运⾏，使列车运⾏更加准时、舒适和节能。
为了实现列车⾃动驾驶功能，必须依靠可靠的数据通信系统，⽆线传输技术能够提供可靠，⼤容量的通信⽹络，⽽CBTC系统正是利⽤⾼精度的列车定位技术，双向连续、⼤容量车—地数据通信和车载、地⾯安全功能处理器来实现列车联系⾃动控制的系统。
CBTC系统最⼤的优点就是列车和地⾯控制设备通过双向⽆线通信传递信息，构成闭环控制系统，使列车运⾏安全性⼤⼤提⾼。
CBTC技术还能实现移动闭塞，提⾼运⾏间隔时间，在ATO系统中主要基于CBTC技术。
1、 ATO系统的⼯作原理ATO系统主要实现驾驶列车的功能，能进⾏车速的正常调整，给旅客传送信息，进⾏车门的开关作业，但这只是执⾏操作命令，不能确保安全，这就需要ATP系统来进⾏防护，ATP起监督功能，对不符合安全的情况给予防护，保证列车不超速，车门不误动。
由此可见ATP系统则是提⾼城市轨道交通列车运⾏⽔平（准点、平稳、节能）的技术措施。
城轨CBTC系统静态数据的验证方法
02
验证进路的控制逻 辑
需要验证进路的控制逻辑是否正 确，包括进路的解锁条件、占用 条件等。
03
验证进路的信号显 示
需要验证进路的信号显示是否正 确，包括进路的信号显示颜色、 开放时间等。
04
数据库数据验证
数据库结构检查
检查数据库表结构
确认数据库中各表的结构是否与设计一致，包括字段名称、数据 类型、约束等。
解决方案
制定详细的数据格式规范：明确规定每 种数据的数据类型、长度、精度等格式 要求。
数据冗余及解决方案
解决方案
数据压缩：采用数据压缩技术， 对数据进行压缩存储，以减少存 储空间占用。
数据冗余：在城轨CBTC系统中， 数据冗余可能导致系统存储空间 浪费，并增加数据传输和处理的 时间成本。
精简数据结构：通过合并、删除 重复字段等方式，减少数据冗余 。
发现并纠正错误
通过验证可以发现静态数据中可能存在的错误或不 一致，并及时进行纠正，确保系统的可靠性和稳定 性。
提高系统的可用性和效率
准确的静态数据可以减少系统运行时的错误 和故障，提高系统的可用性和效率。
验证的流程和方法
01
02
03
04
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制定验证计划
准备验证数据
验证数据的准确 性和完整性
发现并记录问题
多维度验证
未来可以开展多维度的静态数据验证，包括不同系统之间的数据交互验 证、不同场景下的数据一致性验证等，确保数据的完整性和可靠性。
03
标准化和规范化
未来需要制定更加标准和规范化的静态数据验证流程和方法，推动城轨
CBTC系统的标准化和规范化发展，提高系统的可靠性和安全性。
THANKS
城市轨道交通CBTC系统仿真实验室设计
城市轨道交通CBTC系统仿真实验室设计针对城市轨道交通CBTC系统的仿真实验需要具备一定的实验环境和特定的设备，为此需要进行实验室的设计。
1、实验室整体规划：城市轨道交通CBTC系统仿真实验室设计应该整体规划合理，包括实验室的布局和设备的安置。
实验室应该采用密闭式和封闭式结构，防止干扰和射频辐射对实验产生影响。
同时实验室应该设置抗电磁干扰设施，保证实验过程的准确性。
2、实验设备装置：实验设备是城市轨道交通CBTC系统仿真实验的重要组成部分，包括主机、网络设备、控制台、监控系统等。
实验设备安置需要规划紧凑，设备布局应当合理，确保设备之间距离合适，机柜通风和温度也要注意。
3、系统软件环境：针对CBTC系统仿真实验需要部署相应的软件环境，如仿真软件、配置软件、监控软件等。
在软件应用上，应当针对实验需求，选择性导入相关软件，设定软件安装路径，保证软件的稳定可靠性。
4、保障供电设备：城市轨道交通CBTC系统仿真实验实验场所需要安装保障供电设备，确保设备稳定运行。
针对实验室的配电设备以及空调、照明设备，应当设立保障供电系统，防止因供电不稳定导致实验产生误差。
5、安全保障设施：针对实验室安全设施建设，应当设立安全保障系统，保证实验室有限访问和使用权限。
同时实验室需要放置灭火器、停电开关等应急设备，防止实验中出现意外，保障实验室及人员安全。
6、实验室文化建设：城市轨道交通CBTC系统仿真实验室设计中，值得强调的是实验室文化建设。
针对实验室文化建设，应该确立实验室文化理念，强化实验室团队精神。
建立实验室交流平台，开展团队建设活动，促进团队协作和合作精神，共同推进实验研究工作。
总之，城市轨道交通CBTC系统仿真实验室的设计要充分考虑实验需求和实验环境，确保实验设备的安置、软件环境的配置，设备供电系统的保障以及实验室文化建设的全面落实，为城市轨道交通CBTC系统的实验研究提供良好的支撑。
基于CPN的CBTC系统区域控制器建模与验证
基于CPN的CBTC系统区域控制器建模与验证基于CPN的CBTC系统区域控制器建模与验证摘要：随着城市轨道交通的快速发展，一种名为CBTC（无线列车控制系统）的新型列车控制系统也应运而生。
在CBTC系统中，区域控制器扮演着至关重要的角色，负责监控和控制列车在特定区域内的运行。
为了确保CBTC系统的安全性和可靠性，在区域控制器设计过程中，建模与验证是一项必不可少的任务。
本文将介绍一种基于CPN（有色Petri网）的CBTC系统区域控制器建模与验证方法，并以一个具体案例对其进行说明。
1. 引言随着城市交通的快速发展和人口的不断增加，CBTC系统作为一种先进的列车控制系统，被广泛应用于地铁和轻轨交通系统。
CBTC系统通过无线通信和车载设备，实时监控列车位置和运行状态，提供更高的运行效率和安全性。
2. CBTC系统概述CBTC系统由列车设备、地面设备和控制中心组成。
其中，地面设备包括基站和区域控制器，基站负责与列车通信，区域控制器负责监控和控制列车在特定区域内的运行。
3. CPN建模方法介绍CPN是一种功能强大的计算工具，广泛应用于建模和验证复杂系统。
它通过有色Petri网模型描述系统行为，并通过模拟与验证技术对系统进行分析和验证。
4. CBTC系统区域控制器建模在CBTC系统中，区域控制器负责实时监测列车的位置和运行状态，并根据系统算法控制列车的运行速度和间隔。
为了建模区域控制器，可以将其抽象为一个有色Petri网模型。
在模型中，可以定义列车、区域、传感器和控制算法等元素，并通过定义它们之间的关系和约束来描述区域控制器的行为。
5. CPN建模实例为了更好地说明CPN建模方法的可行性和有效性，我们以一个具体案例对CBTC系统区域控制器进行建模与验证。
在这个案例中，我们假设有一个包含三个区域的CBTC系统，每个区域分别由两辆列车组成。
通过模拟和验证，我们可以测试区域控制器在不同情况下的运行性能和安全性。
6. 验证与分析通过对CPN模型进行模拟和验证，我们可以获得系统的运行轨迹、时序图和性能指标等信息。
基于时间自动机的CBTC系统安全通信协议建模与验证
基于时间自动机的CBTC系统安全通信协议建模与验证基于时间自动机的CBTC系统安全通信协议建模与验证摘要：随着城市轨道交通的不断发展，对通信基于时间自动机的CBTC系统安全性的需求逐渐增加。
本文将探讨如何利用时间自动机对CBTC系统的安全通信协议进行建模与验证。
1. 引言城市轨道交通系统广泛应用于大城市的地铁、轻轨等公共交通工具，该系统的稳定运行对保障出行安全和交通效率至关重要。
CBTC系统（Communication-Based Train Control），是一种基于现代通信技术的列车控制系统，采用无线通信和自动驾驶技术来提高列车运行的精确度和安全性。
2. CBTC系统安全通信协议概述安全通信协议是保证CBTC系统数据的保密性、完整性和可用性的关键。
该协议主要包括密钥协商、消息认证和加密等机制，用于确保系统的安全性和抵御各种网络攻击。
3. CBTC系统安全通信协议建模时间自动机是一种形式化工具，可以对CBTC系统的安全通信协议进行建模。
通过建立系统状态和事件之间的转移关系，可以描述系统的行为和协议的交互方式。
基于时间自动机的建模可以帮助我们理解协议的运行机制和安全性。
4. CBTC系统安全通信协议验证基于时间自动机的CBTC系统安全通信协议建模后，可以利用模型检测技术对协议进行验证。
模型检测是一种通过穷举状态空间来验证系统的正确性和安全性的方法，可以发现潜在的安全漏洞和设计问题。
5. 案例分析与实验结果通过对某城市轨道交通系统的CBTC系统安全通信协议建模与验证，我们可以发现一些安全问题和改进空间。
通过对模型进行改进和优化，可以提高系统的安全性和性能。
6. 结论基于时间自动机的CBTC系统安全通信协议建模与验证是提高城市轨道交通系统安全性的一项重要工作。
通过建立系统模型和进行验证分析，可以发现潜在的安全问题，提升通信协议的效率和可靠性。
综上所述，CBTC系统安全通信协议的建模与验证是确保城市轨道交通系统安全性的关键工作。
城市轨道交通CBTC系统关键技术分析与探索
城市轨道交通CBTC系统关键技术分析与探索摘要：伴随着我国人口不断剧增，交通拥挤的现象也层出不穷。
为了减轻道路拥挤的负担，减少交通堵塞，地铁的出现提供了很大的帮助，因此可以说地铁在城市交通中扮演着十分重要的角色。
因此，地铁能否安然无恙没有故障，对于城市居民的生活起居、工作出行和上学等都有很大的影响。
CBTC系统是地铁正常运行的主要系统之一，本文就将以CBTC系统为基础，先简要阐述其概念和技术组成，分析CBTC系统正常运行依靠的关键技术。
关键词：城市；轨道交通；CBTC系统；技术计算机和通讯技术都在飞速进步与发展中，自动控制技术也取得有效的成绩，在广泛运用在城市轨道交通作业中的同时，也在尽力稳定着城市轨道交通的运行效率。
后来，研发出的CBTC系统更为便捷，是一种以无线通信为基础的列车自动控制系统。
现目前，我国都必须加大对列车自动驾驶的技术和资金投入，使系统功能提高水平，才能满足日益增长的高速高密度交通需要，使CBTC系统发挥最大的功能。
CBTC系统的概念及技术组成CBTC系统的概念CBTC系统信号系统依靠移动移动通信实现信号与信号之间的传递，做好科学缜密的信息化，能够有力帮助地铁位置共享的实施。
设置CBTC系统在交通地铁上，能够通过信号系统和信号检测，根据实际的地铁规定运行情况和地铁站的地铁数量控制中心的数据等，最后实现地铁运行速度的调节目的，这样就能够保证地铁轨道能够畅通无阻地运行。
CBTC系统的成功设置，能够在一定程度上有效地避免地铁与地铁相互碰撞的发生，减少了事故的发生率。
如果在地图与地铁的地标之间能够建立起一个CBTC 系统信号系统，不仅可以实现高速、高精度的地铁来回传递，还能对车辆与车辆之间的距离进行测量，保证高精准度，最终实现地铁列车的运行速度受自动控制，也能确保两辆地铁列车之间能够有所距离。
CBTC系统的技术组成CBTC技术是一个很大的概念，又包含了很多技术，比如移动闭塞技术和定位技术等，还有作为CBTC系统的基础的无线通信技术，可以通过这项技术完成控制列车的操作。
基于模型的CBTC区域控制系统安全软件开发
基于模型的CBTC区域控制系统安全软件开发王海峰;杨旭文;刘朔;刘超【摘要】传统的软件开发方法不能满足基于通信的列车控制(CBTC)区域控制系统(ZC)的开发需求.结合北京地铁亦庄线研究项目,介绍一种基于模型的系统开发方法,给出ZC系统的软件容错结构,阐述该系统的移动授权和列车管理功能建模方法,并从模型覆盖率分析和形式化验证两方面深入分析系统安全性保障措施.ZC系统的研究项目表明,基于模型的开发方法能够更好地保证系统的开发质量和安全性.%Traditional software development methods cannot meet the challenges of the development of CBTC Zone Control system (ZC) . Based on engineering practice of Beijing Yizhuang metro line, this paper introduces a model-based development approach. The fault-tolerant architecture of ZC system is presented and the function modeling methods of moving authority and train management are introduced. The model test coverage analysis and formal verification for the safety of ZC model are further explored. Engineering practice of ZC system shows that the model-based development approach is helpful for ensuring the quality and safety of the system.【期刊名称】《都市快轨交通》【年(卷),期】2011(024)004【总页数】4页(P22-25)【关键词】城市轨道交通;基于通信的列车控制;区域控制;基于模型开发;安全苛求;北京地铁亦庄线【作者】王海峰;杨旭文;刘朔;刘超【作者单位】北京交通大学电子信息工程学院北京100044;北京交通大学电子信息工程学院北京100044;北京交通大学电子信息工程学院北京100044;北京交通大学电子信息工程学院北京100044【正文语种】中文【中图分类】U231.71 研究背景近年来，随着轨道交通的蓬勃发展，为确保列车运行安全和提高运输效率，基于通信的列车运行控制(communication based train control，CBTC)系统［1］已成为发展方向。
关于城市轨道交通CBTC计算机联锁子系统的研究
关于城市轨道交通CBTC计算机联锁子系统的研究摘要：近年来，基于通信的列车控制技术（CBTC）以其显著优势，逐渐成为城市轨道交通信号系统的首选方案。
传统的联锁技术无法支撑CBTC信号系统的安全、高效、高自动化的要求。
CBTC信号系统中的联锁子系统不仅要提供联锁逻辑保障，还要支持移动闭塞、点式ATP控制、以及不同模式列车的混跑等需求。
文章简要介绍了基于CBTC技术的国产化联锁系统的架构、功能方面的创新和技术特点等。
关键词：基于通信的列车控制、联锁、系统架构、功能一、前言区域控制中心系统（以下简称ZC系统）是在原有的国产通用安全硬件平台的基础上开发的新一代的面向城市轨道交通的列车控制系统，是自主研发的CBTC系统的核心子系统。
ZC系统与自动列车监督系统（ATS）、车载控制系统（ATP/ATO）、车站计算机联锁系统、数据传输系统和微机监测系统共同构成了完整的基于通信的列车控制系统（CBTC系统）。
在CBTC系统中，每个联锁集中控制区设置一套ZC系统，主要完成轨旁ATP功能以及部分ATO和ATS功能。
ZC系统的主要功能、硬件构成、软件结构以及相关技术特点是本文重点内容。
二、系统结构北京全路通信信号研究设计院有限公司自主研制的基于通信的列车控制（CBTC）系统。
该系统中的计算机联锁子系统的结构可划分为3个层次，即操作显示层、逻辑运算层、输入/输出层，其组成结构如图1所示：图1CBTC计算机联锁子系统组成结构图1、操作显示层操作显示层由操作显示子系统和维护终端子系统组成，提供操作及维护的人机界面。
操作显示子系统和维护终端子系统之间通过局域网交换信息。
操作显示层还通过与列车自动监控子系统（ATS）、微机监测等外部信号系统之间的信息交换，最终完成列车运行指挥控制和设备维护管理等功能。
2、逻辑运算层逻辑运算层即联锁逻辑子系统，是整个联锁系统的核心层。
联锁逻辑子系统通过安全数据通道与输入/输出层以及区域控制中心（ZC）系统、相邻站联锁系统等外部信号系统进行信息交换，并通过局域网与操作显示层交换信息；联锁逻辑子系统接收来自操作显示层、外部信号系统的操作命令信息，接收来自输入子系统、ZC系统、相邻联锁系统的现场设备状态、列车信息，通过联锁运算，产生相应的控制命令，通过输出子系统对现场信号设备进行控制。
基于MSC与UPPAAL的区域控制器切换场景建模与验证
基于MSC与UPPAAL的区域控制器切换场景建模与验证杨璐;陈永刚【摘要】区域控制器(Zone Controller,ZC)边界切换场景是城市轨道交通列车控制系统的重要场景,切换过程中移交ZC、接管ZC和车载子系统之间要进行频繁的信息交互,因而对其安全性和实时性有更严苛的要求.根据ZC子系统特点,将MSC半形式化方法作为切入点,结合时间自动机理论,建立ZC切换场景的MSC模型和时间自动机网络模型,用于ZC切换场景功能和受限活性的安全验证.结果表明:ZC边界切换控制功能满足系统安全性和受限活性的规范要求.因此此种建模验证方法是可行的,可以将其应用于列控系统其他场景的建模与验证过程中.%The border switch scene of zone controller (ZC) is an important scene of Urban Rail Transit Train Control System. During the switch process, the handover ZC, the takeover ZC and the vehicle interchange information frequently, and the requirements for its security and real-time performances are more stringent. In this paper,a combination of the MSC semi-formalization method is taken as the entry point and the time automaton theory is used to establish the MSC model and the time automaton network model of ZC switch scene to fulfill the safety verification of ZC switch scene function and limited activity. The results show that the ZC border switch control function meets the requirements of the system security and limited activity. Therefore, this modeling and verification method is applicable to modeling and verification of other scenes of the train control system.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2018(062)005【总页数】5页(P171-174,179)【关键词】列车控制系统;区域控制器;MSC;UPPAAL;安全验证【作者】杨璐;陈永刚【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】U285.21基于通信的列车运行控制系统(Communication Based Train Control， CBTC)用于控制城市轨道交通列车的运行，是保证列车安全、高效运行的系统，区域控制子系统作为其关键的轨旁设备，主要实现为辖区内的列车计算移动授权(Moving Authorization， MA)、完成边界切换等功能[1-2]。
基于UML的CBTC系统区域控制器的建模与安全性验证的开题报告
基于UML的CBTC系统区域控制器的建模与安全性
验证的开题报告
1.研究背景
城市轨道交通作为公共交通系统的重要组成部分，采用列车自动控制技术是提高运行效率、保障安全的必然选择。
无人驾驶技术——CBTC （Communication-Based Train Control）属于目前较先进的列车控制技术之一。
CBTC系统是由多个区域控制器组成的分布式系统，对其进行建模和安全性验证可以有效提高系统的可靠性和安全性。
因此，对于CBTC系统的建模和安全性验证具有重要的理论和实际意义。
2.研究内容
本文以CBTC系统为研究对象，基于UML（Unified Modeling Language）语言对其区域控制器进行建模。
具体研究内容包括以下几个方面：
（1）CBTC系统的基本原理及其架构；
（2）UML建模方法的原理和应用；
（3）CBTC系统区域控制器的UML建模方法；
（4）CBTC系统区域控制器的形式化建模方法；
（5）CBTC系统区域控制器的安全性验证算法研究。
3.研究方法
本文采用文献研究、实验模拟、数据分析和数学建模等研究方法，构建CBTC系统区域控制器的UML模型，并对其进行形式化建模和安全性验证。
4.预期结果
预计通过本文的研究，可以建立CBTC系统区域控制器的UML模型，并对模型进行形式化建模和安全性验证。
同时，能够研究出一种有效的
安全性验证算法，以提高CBTC系统的可靠性和安全性。
基于UPPAAL的城市轨道交通CBTC区域控制子系统建模与验证
基于UPPAAL的城市轨道交通CBTC区域控制⼦系统建模与验证第31卷第3期铁道学报Vol.31No.3 2009年6⽉JOUR NAL OF TH E CH INA RAILWAY SOCI ET Y June2009⽂章编号:100128360(2009)0320059206基于UPPAAL的城市轨道交通CBTC区域控制⼦系统建模与验证吕继东,唐涛,燕飞,徐天华(北京交通⼤学轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京100044)摘要:CBTC(Communication Based T rain Control)系统可有效提⾼轨道交通的列车运营效率,降低系统建设和维护费⽤。
在系统研发过程中需对系统进⾏建模、仿真和验证,发现系统设计缺陷,以保证系统的安全性。
CBTC区域控制⼦系统是⼀实时控制系统,它要求控制时间的精确性和控制过程的准确性。
本⽂通过分析城市轨道交通CBT C区域控制⼦系统的结构,给出满⾜该⼦系统安全性的功能和性能要求,并结合时间⾃动机理论⽅法提出包含列车、速度距离控制器、区域控制器和多车控制队列的时间⾃动机⽹络模型。
同时,应⽤UP PAAL验证⼯具对CBT C区域控制⼦系统进⾏仿真建模,并验证该⼦系统功能和性能要求,从⽽保证了系统模型的安全性和受限活性。
关键词:区域控制⼦系统;UPP AAL;时间⾃动机;⾃动验证中图分类号:T P393;U283⽂献标志号:A doi:10.3969/j.issn.100128360.2009.03.011UPPAAL2based Simulation and Verification of CBTCZone Control Subsystem in Rail TransportationL&U Ji2Dong,T ANG Tao,YAN Fei,XU Tian2hua(State Key Lab oratory of Rail Traffic Control and Safety,Beijing Jiaoton g U nivers ity,Beijing100044,China)Abstr act:T he Communication Based Train Control(CBTC)System enhances the train operation efficiency and reduces the system constr uction and maintenance cost,which is the most advanced train control system in the world nowadays.H ow to model and simulate the system to find the design defects in the r esearch and develop2 ment has become one of the key issues of CBTC research.T he CBTC Zone Control Subsystem is a real2time control system,it requests the accuracy of control time and the correctness of the control pr ocess.This paper analyzes the structure of the CBT C Zone Control Subsystem and gives the function and performance require2 ments for /doc/fd8bcec52cc58bd63186bde6.html bined with the theoretical method of timed automata,it presents the T TZQ automata network model that includes the train automata,speed and distance automata,zone contr oller automata and queue automata.It applies the various tools of UPPAAL to model the Zone Control Subsystem of CBTC and verifies the function and performance requirements,which guarantees the safety and bounded liveness proper2 ties of the model.Key words:zone control subsystem;UPPAAL;timed automation;automatic verification到2010年全国将有⼤约1500km的地铁线路投⼊运营[1],随着世界范围轨道交通的蓬勃发展,如何提⾼列车运营的效率和安全性以及降低系统的建设成本是各国关⼼的问题。
基于MSC与UPPAAL的高铁跨界临时限速建模与验证
基于MSC与UPPAAL的高铁跨界临时限速建模与验证周翔;武晓春【摘要】Temporary Speed Restriction Server ( TSRS) is an important part of the High Speed Railway Train Control System, it not only checks the temporary speed restriction orders issued by CTC, but also exchanges information frequently with the temporary speed restriction server of the adjacent dispatching station, and the requirements for its security and real-time performance are rigorous. In order to meet the requirement of the high speed railway train control system, a combination of timed automata theory with Message Sequence Chart ( MSC ) is employed to establish firstly the MSC model of Cross-border Temporary Speed Restriction and timed automata submodel, and then the verification tool of UPPAAL is used to verify the properties of the Cross-border Temporary Speed Restriction System described by BNF syntax. According to the simulation verification results, the security and restricted activity of the Cross-border Temporary Speed Restriction Information are confirmed, which provides an important basis for further development of the Temporary Speed Restriction Server.%临时限速服务器是高铁列控系统的重要组成部分，其不仅要校验CTC下发的临时限速命令，还要与相邻调度台临时限速服务器之间进行频繁的信息交互，因此对其安全性和实时性要求也更苛刻。
CBTC区域控制系统中列车管理的建模与分析的开题报告
CBTC区域控制系统中列车管理的建模与分析的开题报告一、选题背景及意义城市轨道交通系统是现代城市公共交通的重要组成部分之一，其运营安全与效率一直是广大城市管理者和公众关注的核心问题。
为提高地铁列车的整体运行效率，减少车辆间的间隔时间，从而达到增加系统运输能力、节省能源、提升交通运行效率和安全性的目的，控制列车运行是十分必要的。
目前，列车控制的主要方式为人工操作，在一定程度上存在一定的人为操作误差和安全隐患，限制了城市轨道交通系统的发展。
随着计算机技术的快速发展，已经出现了全自动列车控制系统（ATC）和列车控制信号自动保护系统（CBTC）。
CBTC（Communication Based Train Control）技术是利用无线通信技术、计算机技术和信号技术进行的现代化车间控制技术。
它对城市地铁的运行速度、运输能力、安全性等方面均有较大优势，是现代城市轨道交通技术的趋势之一。
CBTC系统的区域控制系统是其中的核心子系统之一，负责列车运行路径的规划、控制和管理。
如何建立系统的可靠性模型，并通过仿真分析来验证系统的建模是否合理以及控制策略是否可行，是重要的研究方向和热门话题。
本文将研究CBTC区域控制系统中列车管理的建模与分析，旨在通过对列车运行路径的建模和仿真分析来验证系统的可靠性和控制策略的可行性，为CBTC技术的实际应用提供理论支持。
二、研究内容和方法1.研究内容本文主要研究以下问题：（1）CBTC技术及其在城市轨道交通中的应用。
（2）CBTC区域控制系统的基本结构和功能。
（3）基于有向无环图（DAG）的列车路径规划和调度算法。
（4）CBTC区域控制系统中列车管理的建模方法和过程。
（5）CBTC区域控制系统中列车运行的仿真模型。
（6）通过仿真分析验证系统的可靠性和控制策略的可行性。
2.研究方法（1）文献综述法：通过查阅文献，了解CBTC技术、区域控制系统及列车管理的研究进展，为后续研究提供理论基础。
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第31卷第3期铁 道 学 报Vol.31 No.3 2009年6月J OURNAL OF T H E CHINA RA IL WA Y SOCIET Y J une2009文章编号:100128360(2009)0320059206基于UPPAAL的城市轨道交通CBTC区域控制子系统建模与验证吕继东, 唐 涛, 燕 飞, 徐天华(北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京 100044)摘 要:CB TC(Communication Based Train Control)系统可有效提高轨道交通的列车运营效率,降低系统建设和维护费用。
在系统研发过程中需对系统进行建模、仿真和验证,发现系统设计缺陷,以保证系统的安全性。
CB TC区域控制子系统是一实时控制系统,它要求控制时间的精确性和控制过程的准确性。
本文通过分析城市轨道交通CB TC区域控制子系统的结构,给出满足该子系统安全性的功能和性能要求,并结合时间自动机理论方法提出包含列车、速度距离控制器、区域控制器和多车控制队列的时间自动机网络模型。
同时,应用U PPAAL验证工具对CB TC区域控制子系统进行仿真建模,并验证该子系统功能和性能要求,从而保证了系统模型的安全性和受限活性。
关键词:区域控制子系统;U PPAAL;时间自动机;自动验证中图分类号:TP393;U283 文献标志号:A doi:10.3969/j.issn.100128360.2009.03.011UPPAAL2based Simulation and V erif ication of CBTCZone Control Subsystem in R ail T ransportationL¨U Ji2Dong, TAN G Tao, YAN Fei, XU Tian2hua(State Key Laboratory of Rail Traffic Control and Safety,Beijing Jiaotong University,Beijing100044,China)Abstract:The Co mmunication Based Train Cont rol(CB TC)System enhances t he t rain operation efficiency and reduces t he system construction and maintenance co st,which is t he most advanced t rain cont rol system in t he world nowadays.How to model and simulate t he system to find t he design defect s in t he research and develop2 ment has become o ne of t he key issues of CB TC research.The CB TC Zone Cont rol Subsystem is a real2time cont rol system,it request s t he accuracy of cont rol time and t he correct ness of t he cont rol process.This paper analyzes t he struct ure of t he CB TC Zo ne Co nt rol Subsystem and gives t he f unction and performance require2 ment s for bined wit h t he t heoretical met hod of timed automata,it present s t he T TZQ automata network model t hat includes t he t rain automata,speed and distance automata,zone cont roller automata and queue automata.It applies t he various tools of U PPAAL to model t he Zone Control Subsystem of CB TC and verifies t he f unction and performance requirement s,which guarantees t he safety and bounded liveness p roper2 ties of t he model.K ey w ords:zone cont rol subsystem;U PPAAL;timed automation;auto matic verificatio n 到2010年全国将有大约1500km的地铁线路投入运营[1],随着世界范围轨道交通的蓬勃发展,如何提高列车运营的效率和安全性以及降低系统的建设成本是各国关心的问题。
开发先进的列车运行控制系统基收稿日期:2007210215;修回日期:2008201205基金项目:国家自然科学基金项目(60634010)作者简介:吕继东(1981—),男,河北廊坊人,博士研究生。
E2m ail:04120084@ 本已成为各国主要研究机构解决上述问题的共识。
CB TC(Communication Based Train Cont rol)系统是列车运行控制系统的发展趋势[223],世界主要发达国家都相继开发出自己的基于通信的列车运行控制系统。
与传统的基于轨道电路的列车运行控制系统相比,其优点为:(1)通过列车2地面之间安全可靠的大容量的双向信息传输实现列车的闭环控制,提高了列车运行的安全性;(2)可实现移动闭塞方式,提高线路的通过能力;(3)减少地面设备,降低了投资和维护的费用。
在典型的CB TC系统中,区域控制子系统主要完成列车登陆控制、列车接管控制、列车移动授权(MA)的信息计算以及列车退出控制等功能。
因此,在系统研发过程中对区域控制子系统进行建模、仿真和验证,发现系统设计缺陷,提高系统的安全性,从而辅助系统开发显得尤为重要。
区域控制子系统是一个实时控制系统,它不仅要求产生的结果在逻辑上是准确的,而且要求在时间上也是准确的,因此需采用自动机理论规范和验证该实时子系统。
然而传统的有穷状态自动机显然是不够的,随着时间自动机模型的逐步成熟,出现了很多使用时间自动机模型的验证工具,U PPAAL[4]就是其中之一,它通过将实时系统抽象成时间自动机网络模型来实现对实时系统的安全性和响应受限的自动验证。
本文采用时间自动机理论,应用U PPAAL验证工具对CB TC区域控制子系统进行仿真建模,并且对该子系统模型的安全性(Safety)和受限活性(Bo unded Liveness)进行验证。
1 UPPAAL简介[4]U PPAAL由Aalborg大学和Upp sala大学于1995年联合提出,它适用于可以被描述为非确定的并行过程的积的系统。
每一个过程被描述为由有限控制结构、实数值时钟和变量组成的时间自动机,过程之间通过管道和(或者)共享变量来进行通讯,管道用于保证不同自动机间的两个转换同时执行。
U PPAAL主要通过快速搜索机制来验证时钟约束和可达性。
它的主要优点是高效性和方便性。
另外,也可以用于验证更复杂的系统。
U PPAAL的用户界面包括3个主要部分:1个系统编辑器(system editor)、1个模拟器(simulator)和1个验证器(verifier)。
系统编辑器用于创建和编辑要分析的系统,1个系统被描述为一系列过程模板、一些全局声明、过程分配和1个系统定义。
模拟器是1个确认工具,它用于检查所建系统模型可能的执行是否有错,以此在验证前发现一些错误。
验证器通过快速搜索系统的状态空间来检查时钟约束和反应限制性质,它还为系统要求的规范和文件提供了1个需求规范编辑器。
U PPAAL为验证提供了一种BN F语法,Prop:: =A[]p∣E<>p∣E[]p|A<>p∣P→p。
其中, E<>p表示Po ssible,E<>p为真,当且仅当在转换系统中存在一个序列s0→s1→…→s n,使得s0是开始状态,s n是p。
A[]p表示Invariantly,等价于not E<>not p。
E[]p表示Potentially always,E[]p为真,当且仅当存在一个序列s0→s1→…→s i→…→,使得p 在所有状态s i中都有效,并且这个序列无穷或者在状态(l n,v n)终止,对所有的d:(l n,v n+d)满足p和Inv (l n)或者从(l n,v n)出发没有转换。
A<>p表示E2 vent ually。
p→q表示Lead to,等价于A[](p imply A<>q]。
2 CBTC区域控制子系统结构和功能CB TC系统包括车载系统、轨旁系统和车站系统,如图1所示。
其中,车站系统包含列车自动监控系统A TS(Automatic Train Supervision)、计算机联锁(Comp uter Interlocking)、区域控制器ZC(Zone Con2 t rol)和数据通信系统DCS(Data Communication Sys2 tem);轨旁系统主要指轨旁无线接入点(Access Point);车载系统主要指车载控制器VOBC(Vehicle on Board Cont roller)。
ZC子系统(如图2所示)包含通信模块、信息接收模块、控制信息生成模块(列车控制信息和MA形成模块)和信息发送模块。
该子系统主要完成列车登陆控制、列车接管控制、列车移动授权(MA)的信息计算以及列车退出控制等功能。
它根据各列车的当前位置、速度及运行方向等因素,同时考虑列车进路、道岔状态、线路限速以及其它障碍物的条件,向列车发送移动授权(MA)信息,列车的MA是指从列车的车尾起到前方一定范围内的障碍物等信息。
线路中的障碍物为影响列车运行速度的元素,可能是前行的另一列车、关闭的线路区域或道岔、防淹门、临时限速等。
MA的范围需要合适的制定,既要保证当前列车的运行安全,又不能影响其它列车的运行效率。
MA会有规律地、周期性地重建,即通知列车可以行使的距离和运行速度。
ZC是CB TC系统中的关键安全子系统,它的核心任务是为辖区内每列通信列车(装备无线通信设备06 铁 道 学 报第31卷的列车)提供MA。