• ISSN 0258-2724
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车站联锁系统行为验证与数据确认的形式化方法

王恪铭,王霞,程鹏,刘宁,张传东

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王恪铭, 王霞, 程鹏, 刘宁, 张传东. 车站联锁系统行为验证与数据确认的形式化方法[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(3): 587-593, 610. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191182
引用本文: 王恪铭, 王霞, 程鹏, 刘宁, 张传东. 车站联锁系统行为验证与数据确认的形式化方法[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(3): 587-593, 610.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20191182
WANG Keming, WANG Xia, CHENG Peng, LIU Ning, ZHANG Chuandong. Formal Method for Behavior Verification and Data Validation of Station Interlocking System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 587-593, 610. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191182
Citation: WANG Keming, WANG Xia, CHENG Peng, LIU Ning, ZHANG Chuandong. Formal Method for Behavior Verification and Data Validation of Station Interlocking System[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 587-593, 610.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20191182

车站联锁系统行为验证与数据确认的形式化方法

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20191182
基金项目:国家自然科学基金(71502146,61673320);中央高校基本科研业务费专项资金(2682017ZT12)
详细信息
    作者简介:

    王恪铭(1981—),男,讲师,博士,研究方向为形式化建模与验证、运输系统优化,E-mail:kmwang@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号:TP301.1; U284.3

Formal Method for Behavior Verification and Data Validation of Station Interlocking System

    • 摘要:车站联锁系统是一种典型的基于数据驱动的安全苛求系统,开发过程中需要对系统行为进行验证并需确认数据的正确性. 为此,通过分析联锁系统的设计规范,基于RODIN平台并使用Event-B语言,辅助使用UML (unified modeling language)图工具快速建立系统的初始模型,以自动生成模型文件并描述出各系统属性与事件流程;基于精化策略分层建模,对各层模型的证明义务进行定理证明,验证了系统的各项属性,得出可靠的通用功能模型;基于实例车站,对模型的公理进行了验证,同时实现了对联锁数据的确认;通过形式化验证过程,结合给定场景联锁数据的有效性确认,发现并纠正系统需求及分析过程中造成的潜在行为缺陷;通过功能仿真与验收测试,进一步确认了通用模型与联锁数据的正确性. 结果表明:本文方法提高了基于模型开发过程的准确性与层次性,验证了系统通用行为状态,且结合公理验证,实现了联锁数据的确认,并能基于模型进行功能场景仿真与测试,从而可进一步提高系统通用功能原型的可靠性.

    • 图 1初始模型中事件的UML

      Figure 1.UML diagram for event of initial model

      图 2初始模型中的机器文件

      Figure 2.Machine file in initial model

      图 3精化模型一中train_into_route事件

      Figure 3.Event of train_into_route in refined model 1

      图 4数据确认的技术方案

      Figure 4.Technical solution for data validation

      图 5举例车站平面布置

      Figure 5.Layout of an example railway station

      图 6测试场景的步骤定义

      Figure 6.Plain step definitions oftest scenario

      图 7仿真测试举例

      Figure 7.Example of simulation testing

      表 1模型各层精化内容

      Table 1.Refinement of the model

      精化层级 引入对象
      第 1 层  建立列车对象,构造进路相关事件基本功能流程,如建立进路、进路正常解锁、进路取消、进路人工延时解锁和进路故障解锁等
      第 2 层  建立进路类型、进路方向、轨道区段类型、列车类型和敌对进路的定义,描述与进路、轨道区段、列车相关的功能与安全属性
      第 3 层  建立道岔对象,将道岔锁闭和解锁流程同步在建立进路和解锁进路事件中
      第 4 层  添加道岔的位置信息,增加道岔转动的计时约束,完善与道岔相关的事件
      第 5 层  建立信号机对象,完善人工延时解锁、取消进路等事件
      第 6 层  定义进路进程,增加信号设备故障和修复等事件,完善故障解锁流程
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      表 2模型证明义务的证明情况统计

      Table 2.Proving statistics of model proof obligations

      文件名称 总数 自动 手动 已修正 未通过
      C0 1 1 0 0 0
      C1 6 5 1 0 0
      C2 4 2 2 0 0
      C3 2 2 0 0 0
      C4 6 6 0 0 0
      C5 5 3 2 0 0
      C6 0 0 0 0 0
      M0 0 0 0 0 0
      M1 80 49 31 0 0
      M2 59 17 42 0 0
      M3 46 17 29 0 0
      M4 118 41 77 0 0
      M5 146 61 85 0 0
      M6 237 218 19 0 0
      总计 710 422 288 0 0
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      表 3举例车站联锁表

      Table 3.Interlocking table of the example station

      方向 进路 信号机 道岔 轨道区段 出站轨道区段 敌对信号 敌对进路 迎面敌对 进路编号
      名称 显示
      发车进路 股道 Ⅰ至 X S L 1、3 1/3DG Q_1 X 1 7
      股道 Ⅱ至 X S L 1、(3) 1/3DG Q_1 X 2 8
      股道 Ⅲ至 X S L (1)、{3} 1/3DG Q_1 X 3 9
      股道 Ⅰ至 S X L 2、4 2/4DG Q_2 S 4 10
      股道 Ⅱ至 S X L (2)、{4} 2/4DG Q_2 S 5 11
      股道 Ⅲ至 S X L 2、(4) 2/4DG Q_2 S 6 12
      注:信号机中,L表示绿灯;道岔中,1表示1# 道岔在定位,(1)表示1# 道岔在反位,{1}表示1# 道岔带动在定位,其余类推;轨道区段中,1/3DG表示1~3轨道区段,2/4DG表示2~4轨道区段.
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      表 4公理验证结果

      Table 4.Verification of axioms

      文件名称 总数 自动 手动 已修正 未通过
      C0 7 3 4 0 0
      C1 22 7 14 0 1
      C1_1 6 3 3 0 0
      C2 15 2 13 0 0
      C3 9 3 6 0 0
      C4 20 16 4 0 0
      C5 14 0 14 0 0
      C6 0 0 0 0 0
      总计 93 34 58 0 1
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    出版历程
    • 收稿日期:2019-12-16
    • 修回日期:2020-06-08
    • 网络出版日期:2020-08-24
    • 刊出日期:2021-06-15

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