面向系统自动化开发的高铁列控系统建模验证和安全性预测方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61803020
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0302.控制系统与应用
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

As new techniques such as computer-based techniques, modern control techniques and modern communication techniques are being used in high-speed train control systems, traditional methods for safety analysis that based on event chains, and conventional system development methods that produce source codes by manual coding based on textural specifications, do not suffice to ensure the safety of the developed systems and the efficiency of system developments. Model-driven system development becomes the trend for developing train control systems. To improve the reliability and safety of the developed system as well as to reduce the cost for the system development and system operational maintenance, this project studies automated system development oriented modelling, verification and safety prediction methods for high-speed train control systems: an automatic hazard identification method based on systems theory is proposed, with which the safety requirements of high-speed train control systems are specified; a hierarchical modelling approach based on the concept of scenario is raised to establish the model of a high-speed train control system, and a system properties oriented integrated verification method is presented to verify the system model; mathematical models of the characteristics of safety are introduced based on the theory of component-based system. With the mathematical models of the characteristics of safety, the safety prediction for the real system that is implemented according to the established design model is accomplished. The achievements of this project will provide significant supports to the design and automated system development, the reliability and safety of Chinese high-speed train control systems with theories, methods as well as techniques.
计算机技术、现代控制技术和通信技术等新技术在高铁列控系统中的应用,使传统基于事件链的安全分析方法和根据文本形式的系统规范手动编写可执行代码的系统开发方式,很难保证开发的系统的安全性和系统开发效率,模型驱动的系统自动化开发成为列控系统开发的趋势。本课题从提高系统安全性和可靠性、降低开发和运营维护成本的目的出发,研究面向系统自动化开发的高铁列控系统建模验证和安全性预测方法:提出基于系统理论的系统危险自动辨识方法,指导制定系统安全需求规范;提出基于场景的层次化建模方法建立系统模型,以及面向系统属性的综合验证方法对系统模型进行验证;提出基于部件的系统安全性特征量的数学模型,分析和预测根据设计模型实现的系统的安全性。本课题的研究成果将为我国高铁列控系统的设计及自动化开发、系统的可靠性和安全性提供重要的理论、方法和技术保障。

结项摘要

计算机技术、现代控制技术和通信技术等新技术在高铁列控系统中的应用,使传统基于事件链的安全分析方法和根据文本形式的系统规范手动编写可执行代码的系统开发方式,很难保证开发的系统的安全性和系统开发效率,模型驱动的系统自动化开发成为列控系统开发的趋势。基于前述背景,本项目面向系统自动化开发,1)研究了基于系统理论和有色Petri网的列控系统危险致因分析,提出基于系统理论和形式化方法的危险自动辨识方法,解决同时捕捉导致系统出现危险或发生事故的线性因果关系事件和非线性交互关系事件的问题;2)研究了基于运营场景和有色Petri网的列控系统形式化建模和验证,提出基于场景和形式化方法的层次化建模方法以及基于系统功能、结构、状态和行为属性的综合验证方法,解决从模型驱动的系统自动化开发角度进行建模验证的问题;3)研究了基于列控系统有色Petri网模型和部件失效分布函数的定量安全分析,提出基于系统理论和有色Petri网的定量安全分析方法,解决系统定量安全分析的问题。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(1)
基于复杂网络理论的高铁信号系统危险致因评价方法
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1001-8360.2021.07.011
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    铁道学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘金涛;郑伟;李克平;吴道华
  • 通讯作者:
    吴道华
A knowledge graph-based approach for exploring railway operational accidents
基于知识图谱的铁路运营事故探索方法
  • DOI:
    10.1016/j.ress.2020.107352
  • 发表时间:
    2021-03-01
  • 期刊:
    RELIABILITY ENGINEERING & SYSTEM SAFETY
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Liu, Jintao;Schmid, Felix;Zheng, Wei
  • 通讯作者:
    Zheng, Wei
A Hazard Analysis Approach for the SOTIF in Intelligent Railway Driving Assistance Systems Using STPA and Complex Network
基于 STPA 和复杂网络的智能铁路驾驶辅助系统 SOTIF 危害分析方法
  • DOI:
    10.3390/app11167714
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Sciences-Basel
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zhang Shijie;Tang Tao;Liu Jintao
  • 通讯作者:
    Liu Jintao
Qualitative and Quantitative Safety Evaluation of Train Control Systems (CTCS) With Stochastic Colored Petri Nets
使用随机彩色 Petri 网对列车控制系统 (CTCS) 进行定性和定量安全评估
  • DOI:
    10.1109/tits.2021.3088136
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems
  • 影响因子:
    8.5
  • 作者:
    Daohua Wu;Debiao Lu;Tao Tang
  • 通讯作者:
    Tao Tang
A CPN-Based Approach for Studying Impacts of Communication Delays on Safety and Availability of Safety-Critical Distributed Networked Control Systems
基于 CPN 的方法研究通信延迟对安全关键型分布式网络控制系统的安全性和可用性的影响
  • DOI:
    10.1109/tii.2021.3109436
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Informatics
  • 影响因子:
    12.3
  • 作者:
    Daohua Wu;Jintao Liu;Hongwei Wang;Tao tang
  • 通讯作者:
    Tao tang

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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