一種自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法
1.本發(fā)明涉及軌道交通系統(tǒng)建模技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法。
背景技術(shù)：
2.列車自主運(yùn)行控制系統(tǒng)（train autonomous circumambulate system，tacs）以車車通信為基礎(chǔ)，以車載控制為核心，實(shí)現(xiàn)列車自主進(jìn)路、自主防護(hù)、自主調(diào)整等核心功能，打破了傳統(tǒng)的基于通信的列車控制系統(tǒng)（communcation based train control system，cbtc）固有限制。通過(guò)軟件計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信和自動(dòng)化控制三大技術(shù)的協(xié)同，提供更加靈活且細(xì)粒度的列車控制、連續(xù)的安全列車間隔保證和超速防護(hù)，促使列車可以在更短的運(yùn)行間隔內(nèi)進(jìn)行追蹤運(yùn)行，極大地提升了軌道交通運(yùn)輸?shù)男屎桶踩Ｕ稀Ｅc其他制式的列車控制技術(shù)相比，由于追求細(xì)粒度的車輛控制和更密集的車輛運(yùn)能投放，tacs系統(tǒng)的精準(zhǔn)性需求更高、實(shí)時(shí)性更強(qiáng)、安全性需求變得尤為突出。此外，由車-車及車-地之間無(wú)線通信方式而引入的眾多不確定因素，更加深了解決這些問(wèn)題的難度。作為tacs系統(tǒng)的核心組成部分，tacs系統(tǒng)軟件的正確性、安全性和可靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的成敗。
3.對(duì)于軌道交通系統(tǒng)建模，由于其物理環(huán)境與系統(tǒng)行為的復(fù)雜性，在形式化建模與驗(yàn)證過(guò)程中極易發(fā)生狀態(tài)空間爆炸問(wèn)題。這使得保證軌道系統(tǒng)安全性變得十分困難。目前對(duì)于軌道交通系統(tǒng)的建模與驗(yàn)證的研究中，event-b是主流的、獲得工業(yè)界認(rèn)可的形式化方法，將event-b方法用于ctbc系統(tǒng)的研究較多，由于tacs系統(tǒng)的新穎性，還未有研究人員將event-b方法用于tacs系統(tǒng)的形式化建模與驗(yàn)證。但從cbtc系統(tǒng)的形式化建模與驗(yàn)證研究來(lái)看，單一使用event-b方法的精化策略仍然存在建模過(guò)程冗長(zhǎng)、證明復(fù)雜度過(guò)高的問(wèn)題。相較cbtc系統(tǒng)，tacs系統(tǒng)更為復(fù)雜，如果單一使用event-b方法對(duì)tacs系統(tǒng)進(jìn)行證明，上述問(wèn)題會(huì)被進(jìn)一步擴(kuò)大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
4.基于此，本發(fā)明的目的是提供一種自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法。
5.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：一種自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法，包括：對(duì)自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖；基于所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行非形式化描述；基于所述非形式化描述對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行建模；采用event-b形式化方法對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行優(yōu)化；通過(guò)rodin平臺(tái)中的定理證明器對(duì)優(yōu)化后的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行證明。
6.可選地，所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)包括列車、區(qū)段資源和資源管理器；在所述自
主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中，所述列車的移動(dòng)包括：資源請(qǐng)求、資源分配以及資源釋放；在所述資源請(qǐng)求階段，所述列車向所述資源管理器請(qǐng)求運(yùn)營(yíng)任務(wù)中的所述區(qū)段資源；在所述資源分配階段，所述資源管理器將所述區(qū)段資源分配至對(duì)應(yīng)的所述列車；在所述資源釋放階段，所述資源管理器將所述列車從排序隊(duì)列中移除，若釋放的區(qū)段資源為線性區(qū)段時(shí)，則將列車的移動(dòng)授權(quán)范圍縮小，若釋放的區(qū)段資源為道岔區(qū)段時(shí)，則將列車的移動(dòng)授權(quán)范圍縮小且所述資源管理器將所述道岔區(qū)段的定位側(cè)防區(qū)和反位側(cè)防區(qū)的方向鎖閉進(jìn)行釋放。
7.可選地，所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型包括9層，每層模型具有不同的需求規(guī)約，且每層模型待驗(yàn)證的性質(zhì)也不同。
8.可選地，所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的9層模型分別為模型m0_active_net、模型m1_train、模型m2_ma、模型m3_req、模型m4_queue、模型m5_point、模型m6_direction、模型m7_collision_free以及模型m8_derailment_free。
9.可選地，所述采用event-b形式化方法對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行優(yōu)化，具體包括：建立軌道網(wǎng)絡(luò)以及區(qū)域region adt；所述模型m0_active_net關(guān)注于所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中活動(dòng)的所述軌道網(wǎng)絡(luò)；所述模型m1_train、所述模型m2_ma以及所述模型m3_req分別將列車、ma以及列車請(qǐng)求區(qū)段資源的集合使用所述區(qū)域region adt表示；所述模型m4_queue、模型m5_point和m6_direction中逐層引入所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的排序隊(duì)列、資源細(xì)分和方向鎖閉的性質(zhì)；所述模型m7_collision_free和模型m8_derailment_free考慮所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的無(wú)碰撞、無(wú)側(cè)沖以及無(wú)脫軌的安全屬性。
10.根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：本發(fā)明基于抽象數(shù)據(jù)類型（adt）與event-b方法的精化策略對(duì)自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，利用adt的抽象概念，能夠有效彌補(bǔ)單一使用精化策略的不足之處。且本發(fā)明將軌道網(wǎng)絡(luò)、軌道區(qū)域以及移動(dòng)授權(quán)等復(fù)雜系統(tǒng)組件在初始模型只指定組件的必要屬性，僅在后續(xù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程必要的優(yōu)化階段才引入組件的具體定義，從而能夠有效的降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和證明的復(fù)雜度。
附圖說(shuō)明
11.為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
12.圖1為本發(fā)明提供的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法的流程圖；圖2為本發(fā)明提供的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法的總體流程圖；圖3為本發(fā)明提供的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖。
具體實(shí)施方式
13.下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
14.為確保tacs系統(tǒng)的安全性，tacs系統(tǒng)的研發(fā)必須采用可信構(gòu)造技術(shù)，可信構(gòu)造技術(shù)是一種能夠在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中逐步形成系統(tǒng)可信屬性的技術(shù)。對(duì)軌道交通控制系統(tǒng)而言，主要的可信屬性包括功能正確性、安全性和可靠性。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)en50128、en50129等是目前軌道交通控制系統(tǒng)研發(fā)企業(yè)用于確保其系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程可信性的準(zhǔn)則。其本質(zhì)是通過(guò)對(duì)軌道交通控制系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程各個(gè)階段實(shí)施嚴(yán)格的過(guò)程控制和質(zhì)量管理來(lái)規(guī)范系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，從而提升和保證開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的質(zhì)量。這些標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)推薦相關(guān)的方法，例如形式化建模和驗(yàn)證、系統(tǒng)的測(cè)試和仿真等來(lái)引導(dǎo)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員和評(píng)測(cè)人員實(shí)施可信保障的工程活動(dòng)。
15.基于event-b的形式化方法以嚴(yán)密的數(shù)學(xué)理論和相關(guān)推理為基礎(chǔ)，通過(guò)保證各開(kāi)發(fā)活動(dòng)的一致性的精化關(guān)系達(dá)到構(gòu)造可信系統(tǒng)的核心目標(biāo)，是一種系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法。由于形式化方法本身是自證正確的，因此非常適合應(yīng)用于苛求質(zhì)量的tacs系統(tǒng)的各種研發(fā)活動(dòng)，也被業(yè)界視為最具有潛力和應(yīng)用前景的可信構(gòu)建方法。目前，基于event-b的形式化方法在軌道交通的領(lǐng)域也有較多案例，例如，軌道信號(hào)系統(tǒng)的兩大主要供應(yīng)商泰雷茲以及阿爾斯通公司均采用event-b方法來(lái)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證其部署在世界各地軌道系統(tǒng)中的安全關(guān)鍵軟件。
16.同基于中央控制的cbtc系統(tǒng)相比，基于分布式列車自主運(yùn)行的tacs系統(tǒng)的資源管理邏輯進(jìn)行形式化建模和驗(yàn)證工作更具有挑戰(zhàn)性。由于tacs系統(tǒng)是基于列車自主競(jìng)爭(zhēng)軌道資源的系統(tǒng)，關(guān)于線路地圖的限制約束要比基于cbtc系統(tǒng)更多，tacs系統(tǒng)與物理環(huán)境的交互行為更加復(fù)雜，在證明過(guò)程中更容易引起狀態(tài)空間爆炸的問(wèn)題。event-b是采用精化策略管理系統(tǒng)的復(fù)雜性，通過(guò)對(duì)抽象機(jī)的逐步精化，可以在機(jī)器中不斷豐富系統(tǒng)行為。同時(shí)，event-b的證明義務(wù)可以保證不同精化層的機(jī)器間狀態(tài)變量的一致性。因此，基于event-b的精化方法，能夠自頂向下的對(duì)大型復(fù)雜的tacs系統(tǒng)進(jìn)行形式化建模，并能夠逐步證明系統(tǒng)的安全性質(zhì)。
17.然而，tacs系統(tǒng)龐大的規(guī)模和復(fù)雜邏輯，即使單一組件也可能存在過(guò)度復(fù)雜控制邏輯，簡(jiǎn)單的依賴event-b的精化方案構(gòu)建系統(tǒng)不同粒度的抽象模型已經(jīng)不能滿足大型復(fù)雜系統(tǒng)的建模和驗(yàn)證要求。在基于event-b的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，建模和驗(yàn)證深度融合，將驗(yàn)證視作建模的必要組成部分。對(duì)系統(tǒng)安全屬性的證明盡可能在前期的抽象模型中完成，以減少證明所涉及的細(xì)節(jié)，從而簡(jiǎn)化證明達(dá)到提高證明自動(dòng)化程度的目的。
18.為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
19.如圖1-圖2所示，本發(fā)明提供的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法，包括以下步驟：步驟101：對(duì)自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖。
20.分析自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，了解該系統(tǒng)的工作模式和控制結(jié)構(gòu)，分析系統(tǒng)中每
個(gè)獨(dú)立組件的功能和控制動(dòng)作，繪制出自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖，即tacs系統(tǒng)分析圖，如圖3所示。該系統(tǒng)由以下單元組成：列車、區(qū)段資源和資源管理器。
21.在tacs系統(tǒng)中，列車移動(dòng)的同時(shí)，其tcc與資源管理器rmn狀態(tài)空間會(huì)隨著其列車移動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化，列車的移動(dòng)需要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：1、資源請(qǐng)求；2、資源分配；3、資源釋放。
22.在資源請(qǐng)求階段，列車（如圖3中位于區(qū)段s1處列車t1）向資源管理器請(qǐng)求運(yùn)營(yíng)任務(wù)中的區(qū)段資源。列車t1首先進(jìn)行請(qǐng)求區(qū)段資源s1、s2、s3、s4和s5，軌旁資源管理器rm1、rm2和rm4根據(jù)列車t1的請(qǐng)求，建立其相應(yīng)的排序隊(duì)列。
23.在資源分配階段，資源管理器將區(qū)段資源分配至對(duì)應(yīng)列車（如圖3中位于區(qū)段s1處列車t1）。當(dāng)資源管理器rm2分配道岔可動(dòng)區(qū)資源s2至列車t1時(shí)，列車t1位于道岔可動(dòng)區(qū)資源s2排序隊(duì)列的隊(duì)首位置，并且道岔可動(dòng)區(qū)資源s2的方向鎖閉與列車t1的行駛方向一致，資源管理器rm2可將道岔可動(dòng)區(qū)資源s2分配至列車t1，并將定位側(cè)防區(qū)資源s3和反位側(cè)防區(qū)資源s6的方向鎖閉為岔心向岔后。當(dāng)資源管理器rm4分配區(qū)段資源s4至列車t1時(shí)，此時(shí)區(qū)段資源s4被列車t2占用，列車t1對(duì)列車t2進(jìn)行追蹤運(yùn)行，列車t1與列車t2建立通信，資源管理器rm4將列車t2尾部的部分區(qū)段資源分配至列車t1，如圖3中位于區(qū)段s1處列車t1組件ma（(movement authority，移動(dòng)授權(quán)，其表現(xiàn)形式是一段帶有運(yùn)行許可方向的軌道線路），需要注意的是，列車捕獲區(qū)段資源不能跳躍捕獲，需要連續(xù)的捕獲區(qū)段資源。
24.在資源釋放階段，列車釋放區(qū)段資源時(shí)（如圖3中位于區(qū)段s1處列車t1），資源管理器rmn將列車t1從排序隊(duì)列中移除，若釋放的區(qū)段資源為線性區(qū)段時(shí)，則將列車t1的移動(dòng)授權(quán)范圍縮小，若釋放的區(qū)段資源為道岔區(qū)段時(shí)，在移動(dòng)授權(quán)范圍縮小的同時(shí)資源管理器rmn將道岔定位側(cè)防區(qū)和反位側(cè)防區(qū)的方向鎖閉進(jìn)行釋放。
25.當(dāng)列車t1駛?cè)氲南乱粎^(qū)段為追蹤運(yùn)行的區(qū)段資源s4時(shí)（如圖3中位于區(qū)段s3和s4處列車t1），列車t1可進(jìn)入?yún)^(qū)段資源s4，與列車t2在同一區(qū)段行駛，但列車t1的移動(dòng)授權(quán)范圍為t2的尾部（如圖3中位于區(qū)段s3和s4處列車t1組件ma），不能超過(guò)t2的尾部，否則會(huì)發(fā)生追尾事故發(fā)生。
26.當(dāng)兩列列車的運(yùn)營(yíng)任務(wù)發(fā)生沖突時(shí)（如圖3中t3和位于區(qū)段s1處列車t1），列車t3的ma擴(kuò)展至區(qū)段資源s7，但資源管理器rm2不能將道岔反位側(cè)防區(qū)s6分配至列車t3，也不能扳動(dòng)道岔可動(dòng)區(qū)s2，當(dāng)列車t1駛離道岔可動(dòng)區(qū)s2后，資源管理器rm2可為其它列車分配道岔可動(dòng)區(qū)s2并扳動(dòng)道岔可動(dòng)區(qū)s2，但列車t1未駛離道岔定位側(cè)防區(qū)s3時(shí)，資源管理器rm2不能將道岔反位側(cè)防區(qū)s6分配至其它列車。當(dāng)列車t1釋放道岔定位側(cè)防區(qū)s3后，資源管理器rm2將道岔反位側(cè)防區(qū)s6的方向鎖閉釋放并將道岔反位側(cè)防區(qū)s6分配至列車t3，同時(shí)資源管理器rm2將反位側(cè)防區(qū)s6的方向鎖閉為岔后向岔心方向，將定位側(cè)防區(qū)s3的方向鎖閉為岔心向岔后。
27.步驟102：基于所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行非形式化描述。
28.可將tacs系統(tǒng)中的一些性質(zhì)做非形式化描述，其中至少要保證以下一些性質(zhì)：（1）tacs系統(tǒng)的目標(biāo)是安全控制列車在軌道網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行；
（2）軌道網(wǎng)絡(luò)中包含若干區(qū)段資源；（3）區(qū)段資源分為道岔區(qū)段和非道岔區(qū)段（線性區(qū)段）；（4）道岔分為兩種類型：發(fā)散道岔和合攏道岔；（5）道岔區(qū)域劃分為道岔可動(dòng)區(qū)和道岔側(cè)防區(qū)；（6）道岔可動(dòng)區(qū)可能處于兩種不同的位置：定位和反位；（7）道岔側(cè)防區(qū)域只能有一側(cè)側(cè)防區(qū)被分配或占用；（8）一個(gè)區(qū)段狀態(tài)可以分為征用、分配、占用和釋放四個(gè)狀態(tài)；（9）只有區(qū)段資源為征用狀態(tài)，系統(tǒng)才能為列車分配區(qū)段資源；（10）只有區(qū)段資源為分配狀態(tài)，列車才能占用區(qū)段資源；（11）區(qū)段資源能夠組成相鄰區(qū)段的有序序列；（12）區(qū)段資源含有方向?qū)傩裕唬?3）列車請(qǐng)求區(qū)段資源，資源管理器將列車移入排序隊(duì)列；（14）當(dāng)區(qū)段資源為征用狀態(tài)，方向鎖閉與列車運(yùn)營(yíng)方向一致或無(wú)方向鎖閉，且列車處于區(qū)段資源的排隊(duì)隊(duì)列的首位時(shí)，資源管理器可為列車分配區(qū)段資源；（15）資源管理器分配區(qū)段資源后，資源管理器對(duì)區(qū)段資源施加方向鎖閉；（16）當(dāng)區(qū)段的排序隊(duì)列為空時(shí)，系統(tǒng)將區(qū)段資源方向鎖閉進(jìn)行釋放；（17）資源管理器分配區(qū)段資源后，列車的移動(dòng)授權(quán)擴(kuò)展至當(dāng)前區(qū)段；（18）當(dāng)列車需要分配的資源被其他列車占用，且兩車運(yùn)營(yíng)方向一致的情況下，當(dāng)前列車與前車進(jìn)行通信，移動(dòng)授權(quán)擴(kuò)展至前車尾部；（19）當(dāng)區(qū)段資源方向鎖閉與列車運(yùn)營(yíng)方向不一致的情況下，系統(tǒng)不會(huì)分配當(dāng)前區(qū)段資源給列車；（20）道岔可動(dòng)區(qū)方向需要扳動(dòng)至列車請(qǐng)求方向；（21）列車的移動(dòng)授權(quán)范圍不能相交；（22）在道岔區(qū)段，當(dāng)前列車與前車運(yùn)營(yíng)方向一致時(shí)，前后列車可共享道岔資源；（23）在道岔區(qū)段，當(dāng)前列車與前車運(yùn)營(yíng)方向不一致時(shí)，前車駛離道岔可動(dòng)區(qū)段，資源管理器可為后車分配道岔可動(dòng)區(qū)段，并扳動(dòng)道岔，但不能分配道岔側(cè)防區(qū)段，待前車駛離另一側(cè)道岔側(cè)防區(qū)段，資源管理器才能將道岔側(cè)防區(qū)段資源分配至后車；（24）列車釋放線性區(qū)段資源時(shí)，資源管理器將列車從線性區(qū)段資源的排隊(duì)隊(duì)列中移除；（25）列車釋放道岔側(cè)防區(qū)資源時(shí)，資源管理器將列車從道岔側(cè)防區(qū)資源的排隊(duì)隊(duì)列中移除，并將另一側(cè)側(cè)防區(qū)資源的方向鎖閉釋放。
29.步驟103：基于所述非形式化描述對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行建模。
30.根據(jù)步驟102中的非形式化的描述，將模型劃分為9層，每層具有不同的需求規(guī)約，并且每層要驗(yàn)證的性質(zhì)也不同，tacs系統(tǒng)形式化模型如下：（1）模型m0_active_net：關(guān)注活動(dòng)的軌道網(wǎng)絡(luò)概念，定義network adt來(lái)抽象表示軌道網(wǎng)絡(luò)；（2）模型m1_train：建模軌道網(wǎng)絡(luò)中的列車，使用region adt，列車被抽象的建模為軌道網(wǎng)絡(luò)中的某一區(qū)域；（3）模型m2_ma：引入列車ma和追蹤運(yùn)行的概念，列車ma同樣使用region adt建模，
因?yàn)榱熊噈a與列車相似，列車進(jìn)行追蹤運(yùn)行時(shí)，將列車ma抽象的建模到前方列車尾部位置；（4）模型m3_req：引入列車請(qǐng)求區(qū)段資源概念，列車請(qǐng)求區(qū)段資源也使用region adt建模，因?yàn)榱熊囌?qǐng)求區(qū)段資源與列車ma類似；（5）模型m4_queue：引入隊(duì)列的概念，將軌道網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)區(qū)段映射一個(gè)隊(duì)列，在列車請(qǐng)求區(qū)段資源時(shí)，進(jìn)入?yún)^(qū)段資源的排序隊(duì)列中；（6）模型m5_point：將軌道網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)段資源細(xì)分，軌道網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)段資源分為道岔區(qū)段和無(wú)岔區(qū)段，道岔區(qū)段分為道岔可動(dòng)區(qū)和道岔側(cè)防區(qū)；（7）模型m6_direction：引入方向鎖閉的概念，軌道網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)段資源含有方向?qū)傩裕诹熊嚁U(kuò)展ma至此區(qū)段時(shí)，將區(qū)段資源的方向進(jìn)行鎖閉，在道岔區(qū)段時(shí)，將相關(guān)聯(lián)的區(qū)段方向也進(jìn)行鎖閉；（8）模型m7_collision_free：建立mas和列車之間無(wú)碰撞的特性，這些屬性使用region adt進(jìn)行建模，對(duì)于防側(cè)沖的特性，則要使用不變式來(lái)保持，當(dāng)?shù)啦韨?cè)防區(qū)的一側(cè)被占用時(shí)，另一側(cè)無(wú)列車ma擴(kuò)展至此區(qū)段；（9）模型m8_derailment_free：在列車ma和列車上建立無(wú)脫軌屬性，這些屬性使用連接network adt和region adt進(jìn)行建模。
31.步驟104：采用event-b形式化方法對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行優(yōu)化。
32.步驟104包括以下內(nèi)容：（1）在建立模型之前，需要抽象的建立軌道網(wǎng)絡(luò)network adt以及區(qū)域region adt，保證在后續(xù)模型建立過(guò)程中降低模型的復(fù)雜度。
33.（2）模型m0_active_net主要關(guān)注于tacs系統(tǒng)中活動(dòng)的軌道網(wǎng)絡(luò)。
34.（3）模型m1_train~模型m3_req分別將列車、ma以及列車請(qǐng)求區(qū)段資源的集合使用區(qū)域region adt表示，實(shí)現(xiàn)adt的重用。
35.（4）模型m4_queue~m6_direction中逐層引入tacs系統(tǒng)的排序隊(duì)列、資源細(xì)分和方向鎖閉的性質(zhì)。
36.（5）模型m7_collision_free和模型m8_derailment_free考慮tacs系統(tǒng)的無(wú)碰撞、無(wú)側(cè)沖以及無(wú)脫軌的安全屬性。
37.步驟105：通過(guò)rodin平臺(tái)中的定理證明器對(duì)優(yōu)化后的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行證明。
38.根據(jù)以上的步驟得到tacs的event-b建模元素，部分event-b建模元素包括載體集合、變量和常量。
39.載體集合如下：（1）載體集合sec_type為區(qū)段集合，包含的常量為：sec、subsec、linearsec、point、div_point、cnv_point、point_def_n、point_def_r、trk；（2）載體集合train為列車集合；（3）載體集合net_type為軌道網(wǎng)絡(luò)集合，包含的常量為：net、enlarge、contract；（4）載體集合region_type為區(qū)域集合，包含的常量為：region、contained、disjoint、extend、reduce、region2sec、inside；（5）載體集合lockdirection為方向鎖閉集合，包含的常量為：up、down、initial；
tr1 ≠ tr2
???
(train_reg(tr1)
???
train_reg(tr2))∈disjoint；inv1.1表示兩列列車的ma范圍不相交；inv1.2表示兩列列車的占用區(qū)域不相交。這兩個(gè)不變式對(duì)應(yīng)tacs系統(tǒng)中的安全性質(zhì)，即列車無(wú)碰撞。在模型中完成這兩個(gè)不變式的證明即完成無(wú)碰撞安全性質(zhì)證明過(guò)程。
43.在步驟105中使用rodin平臺(tái)的定理證明器完成步驟104產(chǎn)生的所有證明義務(wù)，證明義務(wù)匯總?cè)缦拢海?）模型m0_active_net：證明義務(wù)總數(shù)為6，其中自動(dòng)證明個(gè)數(shù)為6，手動(dòng)證明個(gè)數(shù)為0；（2）模型m1_train：證明義務(wù)總數(shù)為9，其中自動(dòng)證明個(gè)數(shù)為9，手動(dòng)證明個(gè)數(shù)為0；（3）模型m2_ma：證明義務(wù)總數(shù)為37，其中自動(dòng)證明個(gè)數(shù)37，手動(dòng)證明個(gè)數(shù)為0；（4）模型m3_req：證明義務(wù)總數(shù)為26，其中自動(dòng)證明個(gè)數(shù)26，手動(dòng)證明個(gè)數(shù)為0；（5）模型m4_queue：證明義務(wù)總數(shù)為25，其中自動(dòng)證明個(gè)數(shù)23，手動(dòng)證明個(gè)數(shù)為2；（6）模型m5_point：證明義務(wù)總數(shù)為56，其中自動(dòng)證明個(gè)數(shù)23，手動(dòng)證明個(gè)數(shù)為33；（7）模型m6_direction：證明義務(wù)總數(shù)為43，其中自動(dòng)證明個(gè)數(shù)40，手動(dòng)證明個(gè)數(shù)為3；（8）模型m7_collision：證明義務(wù)總數(shù)為175，其中自動(dòng)證明個(gè)數(shù)149，手動(dòng)證明個(gè)數(shù)為26；（9）模型m8_derailment_free：證明義務(wù)總數(shù)為43，其中自動(dòng)證明個(gè)數(shù)36，手動(dòng)證明個(gè)數(shù)為7。
44.模型m0_active_net~模型m3_req的自動(dòng)證明成功率達(dá)到了100%，主要原因是在上述四層模型中使用了network_adt以及region adt，保證在模型中對(duì)軌道網(wǎng)絡(luò)以及區(qū)域進(jìn)行抽象，降低了模型的復(fù)雜度，并且對(duì)于tacs系統(tǒng)中的一些相似屬性，能夠?qū)崿F(xiàn)adt的重用，簡(jiǎn)化了建模過(guò)程。而在模型m4_queue~m8_derailment_free中，某些屬性無(wú)法用adt來(lái)表示，所以自動(dòng)化證明無(wú)法達(dá)到100%，特別是模型m5_poin，因tacs系統(tǒng)對(duì)于道岔區(qū)段資源細(xì)分程度高，邏輯較為復(fù)雜，無(wú)法使用adt，自動(dòng)證明只達(dá)到了41.1%。
45.本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。
46.本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
技術(shù)特征：
1.一種自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法，其特征在于，包括：對(duì)自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖；基于所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行非形式化描述；基于所述非形式化描述對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行建模；采用event-b形式化方法對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行優(yōu)化；通過(guò)rodin平臺(tái)中的定理證明器對(duì)優(yōu)化后的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行證明。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法，其特征在于，所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)包括列車、區(qū)段資源和資源管理器；在所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中，所述列車的移動(dòng)包括：資源請(qǐng)求、資源分配以及資源釋放；在所述資源請(qǐng)求階段，所述列車向所述資源管理器請(qǐng)求運(yùn)營(yíng)任務(wù)中的所述區(qū)段資源；在所述資源分配階段，所述資源管理器將所述區(qū)段資源分配至對(duì)應(yīng)的所述列車；在所述資源釋放階段，所述資源管理器將所述列車從排序隊(duì)列中移除，若釋放的區(qū)段資源為線性區(qū)段時(shí)，則將列車的移動(dòng)授權(quán)范圍縮小，若釋放的區(qū)段資源為道岔區(qū)段時(shí)，則將列車的移動(dòng)授權(quán)范圍縮小且所述資源管理器將所述道岔區(qū)段的定位側(cè)防區(qū)和反位側(cè)防區(qū)的方向鎖閉進(jìn)行釋放。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法，其特征在于，所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型包括9層，每層模型具有不同的需求規(guī)約，且每層模型待驗(yàn)證的性質(zhì)也不同。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法，其特征在于，所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的9層模型分別為模型m0_active_net、模型m1_train、模型m2_ma、模型m3_req、模型m4_queue、模型m5_point、模型m6_direction、模型m7_collision_free以及模型m8_derailment_free。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法，其特征在于，所述采用event-b形式化方法對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行優(yōu)化，具體包括：建立軌道網(wǎng)絡(luò)以及區(qū)域region adt；所述模型m0_active_net關(guān)注于所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中活動(dòng)的所述軌道網(wǎng)絡(luò)；所述模型m1_train、所述模型m2_ma以及所述模型m3_req分別將列車、ma以及列車請(qǐng)求區(qū)段資源的集合使用所述區(qū)域region adt表示；所述模型m4_queue、模型m5_point和m6_direction中逐層引入所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的排序隊(duì)列、資源細(xì)分和方向鎖閉的性質(zhì)；所述模型m7_collision_free和模型m8_derailment_free考慮所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的無(wú)碰撞、無(wú)側(cè)沖以及無(wú)脫軌的安全屬性。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)建模及驗(yàn)證方法，屬于軌道交通系統(tǒng)建模領(lǐng)域。該方法包括：對(duì)自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖；基于所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析圖對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行非形式化描述；基于所述非形式化描述對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行建模；采用Event-B形式化方法對(duì)所述自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行優(yōu)化；通過(guò)Rodin平臺(tái)中的定理證明器對(duì)優(yōu)化后的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行證明。本發(fā)明基于抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）與Event-B方法的精化策略對(duì)自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，利用ADT的抽象概念，能夠有效彌補(bǔ)單一使用精化策略的不足之處。有效彌補(bǔ)單一使用精化策略的不足之處。有效彌補(bǔ)單一使用精化策略的不足之處。
