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列车运行安全行为建模与形式化技术研究PDF电子书下载

交通运输

• 作 者：陈永，胡晓辉着
• 出 版 社：北京：中国铁道出版社
• 出版年份：2017
• ISBN：9787113225797
• 页数：269 页

图书介绍：随着我国铁路事业的快速发展，对列车运行控制系统安全性的研究已成为目前铁路运输系统的重要研究问题。形式化方法为设计高可信系统提供了重要途径。本书针对列车运行过程中安全关键因素，如无线通信网络性能、计算机联锁控制系统、多列车安全追踪等问题进行了深入研究。采用诸多形式化理论、复杂系统以及交通流理论对高速列车安全控制进行形式化研究。 查看图书目录点击购买PDF全本电子书 上一篇：汽车电学基础下一篇：公路常用养护名词术语 《列车运行安全行为建模与形式化技术研究》目录 标签：形式化 建模 列车 形式 运行

第1章 绪论1

1.1 列车运行安全背景及意义1

1.2 基于无线通信的列车运行控制系统5

1.2.1 列车运行控制系统构成与分类5

1.2.2 CTCS列控系统7

1.2.3 GSM-R铁路无线通信系统10

1.3 列车控制形式化研究现状11

1.4 本书内容与结构安排14

第2章 形式化建模理论与复杂系统理论17

2.1 建模基本理论17

2.1.1 系统、模型、仿真的基本概念17

2.1.2 系统模型的分类18

2.1.3 建模方法的分类19

2.1.4 建模的一般原则19

2.1.5 建模步骤的划分19

2.2 形式化理论21

2.2.1 形式化概念21

2.2.2 形式化分类22

2.2.3 形式化验证方法23

2.2.4 常见的形式化建模方法24

2.3 复杂系统建模理论25

2.3.1 复杂系统25

2.3.2 复杂适应系统理论26

2.3.3 分布式人工智能28

2.3.4 多智能体基础理论28

2.4 Event-B方法及Rodin平台30

2.4.1 Event-B基本结构30

2.4.2 Event-B数学体系32

2.4.3 Event-B模型精化和证明义务35

2.4.4 RODIN平台37

本章小结38

第3章 交通系统建模39

3.1 交通系统仿真39

3.1.1 交通系统仿真基本概念39

3.1.2 系统分类与系统模型40

3.2 交通流理论40

3.2.1 交通流理论分类41

3.2.2 交通流理论参数41

3.2.3 交通流主要研究内容44

3.3 交通多分辨率建模方法45

3.3.1 宏观交通建模仿真45

3.3.2 微观交通建模仿真45

3.3.3 中观交通建模仿真45

本章小结46

第4章 CTCS-4级车地通信机制的形式化研究47

4.1 通信顺序进程形式化理论基础47

4.1.1 通信与递归48

4.1.2 C SP的运算符49

4.1.3 过程行为49

4.1.4 进程的迹49

4.1.5 CSP模型检测工具50

4.1.6 故障发散检测器FDR50

4.2 基于MAS的RBC切换场景描述及车地通信信息交互流的实现52

4.2.1 列控系统多Agent系统抽象53

4.2.2 基于CPN的混合Agent模型54

4.2.3 MAS模型形式化定义55

4.2.4 基于CORBA的发布订阅模式的车地通信56

4.3 基于CSP的车地实时通信协议形式化建模与验证58

4.3.1 MAS系统通信协议形式化验证框架58

4.3.2 列控系统实时通信协议的形式化建模59

4.3.3 CSP语言对车地实时通信协议建模60

4.3.4 Casper＋FDR对实时通信协议验证64

4.4 注入故障的Agent通信模型65

4.4.1 故障导向安全性功能分析与验证67

4.4.2 列控系统消息处理实时性分析68

4.4.3 通信时效性分析69

本章小结70

第5章 基于S PN的高可信无线通信形式化建模与分析71

5.1 Petri网形式化方法72

5.1.1 Petri网的数学定义73

5.1.2 SPN基本概念74

5.1.3 SPN变迁激活规则75

5.1.4 Petri网建模事件类型76

5.1.5 Petri网基本性质78

5.2 无线通信系统79

5.2.1 GSM-R描述79

5.2.2 列车控制数据传输业务QoS指标80

5.3 高可信无线通信SPN模型82

5.4 通信机制SPN模型83

5.5 通信故障恢复SPN模型84

5.6 仿真实验88

5.6.1 软件仿真工具TimeNET88

5.6.2 扩展确定性随机Petri网理论89

5.6.3 MOSEL编程语法90

5.6.4 仿真分析91

本章小结94

第6章 基于细胞膜计算的无线通信并行形式化建模95

6.1 细胞膜的化学组成和结构96

6.1.1 细胞膜组成结构96

6.1.2 物质的跨膜运输97

6.2 膜计算基本概念与基础知识99

6.2.1 细胞膜计算方法99

6.2.2 马尔科夫过程101

6.3 基于生化反应速率的膜计算方法101

6.4 细胞膜计算方法在无线通信系统中的仿真应用102

6.4.1 ETCS无线通信系统102

6.4.2 ETCS无线通信系统膜计算模型建立103

6.4.3 仿真分析105

本章小结108

第7章 车站进路联锁控制逻辑的形式化研究109

7.1 联锁的安全规范109

7.1.1 进路控制安全规范111

7.1.2 信号控制安全规范116

7.1.3 道岔控制安全规范118

7.2 基于Event-B的联锁安全规范的描述和验证118

7.2.1 联锁规范形式化描述及精化策略118

7.2.2 车站进路联锁逻辑的Event-B初始模型122

7.2.3 车站进路控制的Event-B建模分析125

7.2.4 车站进路联锁控制的Event-B模型精化127

7.2.5 车站进路联锁Event-B验证129

7.3 基于MAS和Event-B的分布式联锁安全的描述132

7.3.1 联锁系统MAS结构132

7.3.2 Multi-Agent联锁层的安全规范描述133

7.3.3 Event-B的模型规范134

7.3.4 精化136

本章小结137

第8章 列车安全距离控制形式化建模与验证138

8.1 列车自动防护原理139

8.1.1 列车自动防护系统的基本概念139

8.1.2 列车自动防护系统的分类139

8.2 多列车安全距离控制模型140

8.3 Event-B描述的列车安全距离模型141

8.4 模型的验证143

8.4.1 MTCS 0引入反应阶段143

8.4.2 MTCS 1细化反应阶段144

8.4.3 MTCS 2实现反应阶段145

8.4.4 MTCS 3引入决策阶段146

8.4.5 MTCS 4实现决策法则147

本章小结148

第9章 高可信无线通信下平直线路多列车追踪特性研究149

9.1 平直线路列车追踪运行交通流仿真150

9.1.1 平直线路下列车追踪MAS交通流模型结构150

9.1.2 列车追踪运行MAS形式化定义151

9.1.3 数值仿真与模拟153

9.2 列车追踪交通流能耗分析157

9.2.1 铁路能耗基本构成157

9.2.2 单列车受力与能耗构成157

9.2.3 快照系统概念及定义160

9.2.4 模型建立162

9.2.5 数值模拟与仿真分析165

本章小结166

第10章 线路弯道环境下多列车追踪交通流特性形式化建模167

10.1 元胞自动机理论基础168

10.1.1 自动机简介168

10.1.2 元胞自动机的定义169

10.1.3 元胞自动机的构成170

10.1.4 元胞自动机的特征173

10.1.5 经典元胞自动机模型174

10.2 弯道线路模型178

10.3 线路弯道安全速度178

10.4 模型建立180

10.4.1 模型结构182

10.4.2 演化规则183

10.5 数值模拟与仿真分析185

10.5.1 线路曲线半径对交通流的影响185

10.5.2 线路曲线外轨超高对交通流的影响189

10.5.3 线路弯道长度对交通流的影响190

本章小结191

第11章 列控系统等级转换运营场景形式化研究192

11.1 CTCS-3级列控系统运营场景192

11.2 列控系统等级转换场景193

11.2.1 地面设备194

11.2.2 列控系统等级转换过程195

11.3 基于MAS的场景分析196

11.3.1 列控系统等级转换场景MAS抽象模型196

11.3.2 车-地主体Agent设计197

11.4 列控系统等级转换运营场景CPN建模199

11.4.1 场景顶层模型设计199

11.4.2 列车Agent内部模型设计201

11.4.3 RBC Agent内部模型设计210

11.5 仿真分析217

本章小结219

第12章 列控系统降级场景建模与仿真220

12.1 正常运行时列控系统降级情况的建模与仿真220

12.1.1 正常运行时列控系统降级场景介绍221

12.1.2 正常运行时列控系统降级情况场景的建模222

12.1.3 正常运行时列控系统降级情况场景仿真分析225

12.2 车载设备故障导致降级运行建模与仿真227

12.2.1 车载设备故障导致降级场景的介绍227

12.2.2 控车设备故障分析228

12.2.3 车载设备故障导致降级场景分析228

12.2.4 车载设备故障导致降级模型设计229

12.2.5 仿真分析231

12.3 应答器故障导致降级列控系统的建模与仿真234

12.3.1 应答器故障导致列控系统降级场景介绍234

12.3.2 应答器故障因素分析234

12.3.3 应答器故障导致的等级转换场景分析234

12.3.4 应答设备故障降级模型设计236

12.3.5 仿真分析238

本章小结240

附录A IEC 61508安全标准介绍242

附录B 高速铁路设计术语和符号247

附录C《铁路技术管理规程》（高速铁路部分）有关线路、桥梁及隧道部分摘录252

附录D《铁路技术管理规程》（高速铁路部分）有关车站及枢纽部分摘录257

参考文献259

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摘要：本文以“列车运行安全行为建模与形式化技术研究.pdf电子书版文档下载”为中心，详细探讨了列车运行安全行为建模与形式化技术的研究现状、方法、应用及发展趋势。通过对该文档的深入分析，旨在为我国列车运行安全提供理论支持和实践指导。

1、研究背景

随着我国铁路运输事业的快速发展，列车运行安全成为社会关注的焦点。然而，在实际运行过程中，由于各种因素的影响，列车运行安全事件时有发生。为了提高列车运行安全性，有必要对列车运行安全行为进行建模与形式化研究。

首先，列车运行安全行为建模有助于揭示列车运行过程中的安全规律，为安全管理和决策提供科学依据。其次，形式化技术研究可以为列车运行安全行为建模提供理论支持，提高建模的准确性和可靠性。

此外，随着计算机技术的不断发展，形式化技术在列车运行安全行为建模中的应用越来越广泛。因此，研究列车运行安全行为建模与形式化技术具有重要的理论意义和实际应用价值。

2、研究方法

本文主要采用以下研究方法：文献综述、案例分析、实验验证和理论分析。

文献综述：通过对国内外相关文献的梳理，总结列车运行安全行为建模与形式化技术的研究现状和发展趋势。

案例分析：选取具有代表性的列车运行安全事件，分析其安全行为特征，为建模提供依据。

实验验证：通过构建列车运行安全行为模型，进行仿真实验，验证模型的有效性和可靠性。

理论分析：对列车运行安全行为建模与形式化技术进行理论分析，探讨其应用前景和发展方向。

3、应用领域

列车运行安全行为建模与形式化技术在以下领域具有广泛的应用前景：

安全风险评估：通过对列车运行安全行为的建模，评估不同运行条件下的安全风险，为安全管理和决策提供依据。

事故原因分析：分析列车运行安全事件的原因，为事故预防和处理提供参考。

安全预警：根据列车运行安全行为模型，预测潜在的安全风险，提前采取预防措施。

安全培训：利用建模结果，为列车驾驶员和乘务员提供针对性的安全培训，提高其安全意识和操作技能。

4、发展趋势

随着人工智能、大数据等技术的不断发展，列车运行安全行为建模与形式化技术将呈现以下发展趋势：

智能化：利用人工智能技术，实现列车运行安全行为的自动识别、分析和预测。

大数据化：通过收集和分析大量列车运行数据，提高建模的准确性和可靠性。

网络化：将列车运行安全行为建模与形式化技术应用于铁路运输管理系统，实现实时监控和预警。

集成化：将列车运行安全行为建模与形式化技术与其他相关技术相结合，构建综合性的安全管理体系。

总结：

本文通过对“列车运行安全行为建模与形式化技术研究.pdf电子书版文档下载”的深入分析，探讨了列车运行安全行为建模与形式化技术的研究现状、方法、应用及发展趋势。研究表明，该技术在我国列车运行安全领域具有重要的理论意义和实际应用价值。

随着相关技术的不断发展，列车运行安全行为建模与形式化技术将在未来发挥更加重要的作用，为我国铁路运输事业的持续发展提供有力保障。

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