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列車運行安全行為建模與形式化技術研究 版權信息
- ISBN：9787113225797
- 條形碼：9787113225797 ; 978-7-113-22579-7
- 裝幀：60g膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
列車運行安全行為建模與形式化技術研究 本書特色
隨著我國鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，對列車運行控制系統(tǒng)安全性的研究已成為目前鐵路運輸系統(tǒng)的重要研究問題。形式化方法為設計高可信系統(tǒng)提供了重要途徑。本書采用形式化理論、復雜系統(tǒng)建模等理論對列車運行過程中安全關鍵因素，如無線通信網(wǎng)絡性能、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、多列車安全追蹤等問題進行了深入研究。本書取材新穎，深入淺出地介紹了列車安全運行高可信形式化理論體系，體現(xiàn)了列控系統(tǒng)形式化研究方面的新理論和進展。通過大量的案例，配以實現(xiàn)過程，使讀者能夠快速掌握形式化理論和實現(xiàn)方法。本書適合作為交通運輸、計算機科學、自動控制、系統(tǒng)工程等專業(yè)高年級本科生教材、也可作為研究生及相關學科領域工程技術研究人員的參考用書。
列車運行安全行為建模與形式化技術研究 內容簡介
本書采用形式化理論、復雜系統(tǒng)建模等理論對列車運行過程中安全關鍵因素, 如無線通信網(wǎng)絡性能、計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、多列車安全追蹤等問題進行了深入研究。
列車運行安全行為建模與形式化技術研究 目錄
第 1 章
緒 論
.................1
1.1 列車運行安全背景及意義 ...... 1
1.2 基于無線通信的列車運行控制系統(tǒng)
................. 5
1.2.1 列車運行控制系統(tǒng)構成與分類
........... 5
1.2.2 CTCS列控系統(tǒng) .......... 7
1.2.3 GSM-R鐵路無線通信系統(tǒng)
................ 10
1.3 列車控制形式化研究現(xiàn)狀 .....11
1.4 本書內容與結構安排
............ 14
第 2 章
形式化建模理論與復雜系統(tǒng)理論 ........................17
2.1 建；纠碚
........................ 17
2.1.1 系統(tǒng)、模型、仿真的基本概念
......... 17
2.1.2 系統(tǒng)模型的分類 ...... 18
2.1.3 建模方法的分類 ...... 19
2.1.4 建模的一般原則 ...... 19
2.1.5 建模步驟的劃分 ...... 19
2.2 形式化理論 . 21
2.2.1 形式化概念 ..............
21
2.2.2 形式化分類 ..............
22
2.2.3 形式化驗證方法 ...... 23
2.2.4 常見的形式化建模方法
..................... 24
2.3 復雜系統(tǒng)建模理論
................ 25
2.3.1 復雜系統(tǒng)
.................. 25
2.3.2 復雜適應系統(tǒng)理論 .. 26
2.3.3 分布式人工智能 ...... 28
2.3.4 多智能體基礎理論 .. 28
2.4 Event-B方法及Rodin平臺 ..... 30
2.4.1 Event-B基本結構 ..... 30
2.4.2 Event-B數(shù)學體系 ..... 32
2.4.3 Event-B模型精化和證明義務
............ 35
2.4.4 RODIN平臺 ............. 37
本章小結 .............. 38
第 3 章
交通系統(tǒng)建模 ......39
3.1 交通系統(tǒng)仿真
........................ 39
3.1.1 交通系統(tǒng)仿真基本概念
..................... 39
3.1.2 系統(tǒng)分類與系統(tǒng)模型
......................... 40
3.2 交通流理論 . 40
3.2.1 交通流理論分類 ...... 41
3.2.2 交通流理論參數(shù) ...... 41
3.2.3 交通流主要研究內容
......................... 44
3.3 交通多分辨率建模方法 ........
45
3.3.1 宏觀交通建模仿真 .. 45
3.3.2 微觀交通建模仿真 .. 45
3.3.3 中觀交通建模仿真 .. 45
本章小結 .............. 46
第 4 章 CTCS-4級車地通信機制的形式化研究........... 47
4.1 通信順序進程形式化理論基礎
....................... 47
4.1.1 通信與遞歸 ..............
48
4.1.2 CSP的運算符 ........... 49
4.1.3 過程行為
.................. 49
4.1.4 進程的跡
.................. 49
4.1.5 CSP模型檢測工具 .. 50
4.1.6 故障發(fā)散檢測器FDR
......................... 50
4.2 基于MAS的RBC切換場景描述及車地通信信息交互流的實現(xiàn) ......................... 52
4.2.1 列控系統(tǒng)多Agent系統(tǒng)抽象
............... 53
4.2.2 基于CPN的混合Agent模型................
54
4.2.3 MAS模型形式化定義
........................ 55
4.2.4 基于CORBA的發(fā)布訂閱模式的車地通信
.................. 56
4.3 基于CSP的車地實時通信協(xié)議形式化建模與驗證 ................... 58
4.3.1 MAS系統(tǒng)通信協(xié)議形式化驗證框架 58
4.3.2 列控系統(tǒng)實時通信協(xié)議的形式化建模
........................ 59
4.3.3 CSP語言對車地實時通信協(xié)議建模 .. 60
4.3.4 Casper FDR對實時通信協(xié)議驗證
.... 64
4.4 注入故障的Agent通信模型 ... 65
4.4.1 故障導向安全性功能分析與驗證 .....
67
4.4.2 列控系統(tǒng)消息處理實時性分析
......... 68
4.4.3 通信時效性分析 ...... 69
本章小結 .............. 70
第 5 章
基于SPN的高可信無線通信形式化建模與分析 .......................71
5.1 Petri網(wǎng)形式化方法
................. 72
5.1.1 Petri網(wǎng)的數(shù)學定義... 73
5.1.2 SPN基本概念 ........... 74
5.1.3 SPN變遷激活規(guī)則 ... 75
5.1.4 Petri網(wǎng)建模事件類型..........................
76
5.1.5 Petri網(wǎng)基本性質....... 78
5.2 無線通信系統(tǒng) ........................
79
5.2.1 GSM-R描述 ............. 79
5.2.2 列車控制數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務QoS指標 ...... 80
5.3 高可信無線通信SPN模型 ..... 82
5.4 通信機制SPN模型
................. 83
5.5 通信故障恢復SPN模型 .........
84
5.6 仿真實驗 ..... 88
5.6.1 軟件仿真工具TimeNET
..................... 88
5.6.2 擴展確定性隨機Petri網(wǎng)理論..............
89
5.6.3 MOSEL編程語法..... 90
5.6.4 仿真分析
.................. 91
本章小結 .............. 94
第 6 章
基于細胞膜計算的無線通信并行形式化建模 95
6.1 細胞膜的化學組成和結構 .... 96
6.1.1 細胞膜組成結構 ...... 96
6.1.2 物質的跨膜運輸 ...... 97
6.2 膜計算基本概念與基礎知識 99
6.2.1 細胞膜計算方法 ...... 99
6.2.2 馬爾科夫過程 ........ 101
6.3 基于生化反應速率的膜計算方法
................. 101
6.4 細胞膜計算方法在無線通信系統(tǒng)中的仿真應用
.................... 102
6.4.1 ETCS無線通信系統(tǒng)
......................... 102
6.4.2 ETCS無線通信系統(tǒng)膜計算模型建立
........................ 103
6.4.3 仿真分析 ................
105
本章小結 ............ 108
第 7 章
車站進路聯(lián)鎖控制邏輯的形式化研究 .......... 109
7.1 聯(lián)鎖的安全規(guī)范
.................. 109
7.1.1 進路控制安全規(guī)范 .111
7.1.2 信號控制安全規(guī)范 .116
7.1.3 道岔控制安全規(guī)范 .118
7.2 基于Event-B的聯(lián)鎖安全規(guī)范的描述和驗證
.118
7.2.1 聯(lián)鎖規(guī)范形式化描述及精化策略
....118
7.2.2 車站進路聯(lián)鎖邏輯的Event-B初始模型
.................... 122
7.2.3 車站進路控制的Event-B建模分析 . 125
7.2.4 車站進路聯(lián)鎖控制的Event-B模型精化
.................... 127
7.2.5 車站進路聯(lián)鎖Event-B驗證
............. 129
7.3 基于MAS和Event-B的分布式聯(lián)鎖安全的描述
...................... 132
7.3.1 聯(lián)鎖系統(tǒng)MAS結構
.......................... 132
7.3.2 Multi-Agent聯(lián)鎖層的安全規(guī)范描述
......................... 133
7.3.3 Event-B的模型規(guī)范
......................... 134
7.3.4 精化
........................ 136
本章小結 ............ 137
第 8 章
列車安全距離控制形式化建模與驗證 ...........138
8.1 列車自動防護原理
.............. 139
8.1.1 列車自動防護系統(tǒng)的基本概念 .......
139
8.1.2 列車自動防護系統(tǒng)的分類
............... 139
8.2 多列車安全距離控制模型 .. 140
8.3 Event-B描述的列車安全距離模型
............... 141
8.4 模型的驗證
.......................... 143
8.4.1 MTCS_0引入反應階段
.................... 143
8.4.2 MTCS_1細化反應階段
.................... 144
8.4.3 MTCS_2實現(xiàn)反應階段 ....................
145
8.4.4 MTCS_3引入決策階段
.................... 146
8.4.5 MTCS_4實現(xiàn)決策法則
.................... 147
本章小結 ........... 148
第 9 章
高可信無線通信下平直線路多列車追蹤特性研究 ............... 149
9.1 平直線路列車追蹤運行交通流仿真
............. 150
9.1.1 平直線路下列車追蹤MAS交通流模型結構
............. 150
9.1.2 列車追蹤運行MAS形式化定義 ......
151
9.1.3 數(shù)值仿真與模擬 .... 153
9.2 列車追蹤交通流能耗分析 .. 157
9.2.1 鐵路能耗基本構成 157
9.2.2 單列車受力與能耗構成
................... 157
9.2.3 快照系統(tǒng)概念及定義
....................... 160
9.2.4 模型建立 ................
162
9.2.5 數(shù)值模擬與仿真分析
....................... 165
本章小結 ............ 166
第 10 章
線路彎道環(huán)境下多列車追蹤交通流特性形式化建模 ....... 167
10.1 元胞自動機理論基礎 ........
168
10.1.1 自動機簡介 .......... 168
10.1.2 元胞自動機的定義
......................... 169
10.1.3 元胞自動機的構成
......................... 170
10.1.4 元胞自動機的特征
......................... 173
10.1.5 經(jīng)典元胞自動機模型
..................... 174
10.2 彎道線路模型
.................... 178
10.3 線路彎道安全速度 ............
178
10.4 模型建立 . 180
10.4.1 模型結構 ..............
182
10.4.2 演化規(guī)則 ..............
183
10.5 數(shù)值模擬與仿真分析 ........
185
10.5.1 線路曲線半徑對交通流的影響 .....
185
10.5.2 線路曲線外軌超高對交通流的影響
........................ 189
10.5.3 線路彎道長度對交通流的影響 .....
190
本章小結 ............ 191
第 11 章
列控系統(tǒng)等級轉換運營場景形式化研究 ....192
11.1 CTCS-3級列控系統(tǒng)運營場景
...................... 192
11.2 列控系統(tǒng)等級轉換場景 ..... 193
11.2.1 地面設備 ..............
194
11.2.2 列控系統(tǒng)等級轉換過程
................ 195
11.3 基于MAS的場景分析
........ 196
11.3.1 列控系統(tǒng)等級轉換場景MAS抽象模型
.................... 196
11.3.2 車-地主體Agent設計
..................... 197
11.4 列控系統(tǒng)等級轉換運營場景CPN建模 ........
199
11.4.1 場景頂層模型設計
......................... 199
11.4.2 列車Agent內部模型設計
............... 201
11.4.3 RBC Agent內部模型設計
............... 210
11.5 仿真分析 .. 217
本章小結 ............ 219
第 12 章
列控系統(tǒng)降級場景建模與仿真 ......................220
12.1 正常運行時列控系統(tǒng)降級情況的建模與仿真
...................... 220
12.1.1 正常運行時列控系統(tǒng)降級場景介紹 ........................
221
12.1.2 正常運行時列控系統(tǒng)降級情況場景的建模
............ 222
12.1.3 正常運行時列控系統(tǒng)降級情況場景仿真分析
........ 225
12.2 車載設備故障導致降級運行建模與仿真 ...
227
12.2.1 車載設備故障導致降級場景的介紹
........................ 227
12.2.2 控車設備故障分析
......................... 228
12.2.3 車載設備故障導致降級場景分析 . 228
12.2.4 車載設備故障導致降級模型設計 . 229
12.2.5 仿真分析 ..............
231
12.3 應答器故障導致降級列控系統(tǒng)的建模與仿真
...................... 234
12.3.1 應答器故障導致列控系統(tǒng)降級場景介紹
................ 234
12.3.2 應答器故障因素分析
..................... 234
12.3.3 應答器故障導致的等級轉換場景分析 ....................
234
12.3.4 應答設備故障降級模型設計
......... 236
12.3.5 仿真分析 ..............
238
本章小結 ............ 240
附錄 A IEC 61508安全標準介紹 .......242
附錄 B 高速鐵路設計術語和符號 ....... 247
附錄 C 《鐵路技術管理規(guī)程》（高速鐵路部分）有關線路、橋梁及
隧道部分摘錄....252
附錄 D 《鐵路技術管理規(guī)程》（高速鐵路部分）有關車站及樞紐部分摘錄 ........257
參考文獻 ....259
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