本文關鍵詞：基于UML和STPA的RBC交接場景安全分析研究

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【摘要】：高速列車運行控制系統(tǒng)(簡稱高速列控系統(tǒng))作為高速鐵路的關鍵部分,負責保障高速列車的安全運行和運輸效率。一旦高速列控系統(tǒng)的安全性出現(xiàn)問題,將有可能造成行車中斷,甚至是車毀人亡的嚴重后果。采用科學、有效的安全分析方法對高速列控系統(tǒng)進行分析,對于保障高速鐵路的安全運營具有重要的意義。然而,高速列控系統(tǒng)融合了計算機技術、通信技術以及控制技術,其功能和組件交互關系都呈現(xiàn)出復雜性,這對傳統(tǒng)的安全分析方法帶來了一定的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)理論過程分析(System-Theoretic Process Analysis,STPA)作為建立在系統(tǒng)理論事故模型(Systems-Theoretic Accident Model and Process，STAMP)基礎上的新型安全分析方法,將組件間的異常交互作為導致危險的主要原因,因此滿足復雜系統(tǒng)對安全分析方法的要求。其中,建立系統(tǒng)分層控制結構模型是進行STPA安全分析的重要環(huán)節(jié),但是,現(xiàn)有系統(tǒng)分層控制結構模型主要采用自然語言進行描述,容易受人員表述能力的影響而出現(xiàn)模糊或歧義的問題,為系統(tǒng)安全的分析帶來巨大的挑戰(zhàn)。本文從現(xiàn)有建模方法存在的問題著手,利用統(tǒng)一建模語言(Unified Modeling Language,UML)的可擴展性等優(yōu)點,對STPA方法中分層控制結構模型的構建方法進行改進,主要的內容包括：(1)在閱讀、理解大量文獻研究的基礎上,對國內外安全分析方法的研究情況進行綜述,分析比較了不同安全分析方法的優(yōu)缺點并討論列控領域安全分析方法的研究方向。(2)設計面向STPA分層控制結構模型的UML概要文件,對UML語言中的類圖和關系進行擴展,使之滿足分層控制結構模型的要求,即創(chuàng)建滿足STPA方法要求的半形式化建模語言,準確地刻畫待分析系統(tǒng)的分層控制結構模型。(3)以RBC交接場景為例,從該場景的靜態(tài)結構與動態(tài)行為出發(fā),利用上述擴展后的UML半形式化建模語言建立RBC交接分層控制結構模型。其中,利用擴展后的類圖描述整體控制結構,用OCL語言刻畫過程模型,用狀態(tài)圖刻畫控制算法,完成建模。(4)利用優(yōu)化后的STPA方法,結合待分析系統(tǒng)的分層控制結構模型,對RBC交接場景的危險致因進行分析。確定系統(tǒng)級安全約束,逐層逐項分析系統(tǒng)中的不安全控制行為,最終辨識出系統(tǒng)的危險致因場景。
【關鍵詞】：系統(tǒng)理論過程分析(STPA) UML概要文件 RBC交接 安全分析
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U284.48;TP273
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 選題背景11
• 1.2 高速列控系統(tǒng)的介紹11-14
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 概述14-15
• 1.3.2 研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.3 發(fā)展趨勢16-17
• 1.4 選題意義和目的17-18
• 1.5 論文的研究內容及組織結構18-21
• 2 基于系統(tǒng)理論的安全分析方法21-29
• 2.1 概述21
• 2.2 STAMP模型21-27
• 2.3 STPA方法27-28
• 2.4 本章小結28-29
• 3 面向STAMP模型的UML概要設計29-43
• 3.1 統(tǒng)一建模語言UML29-33
• 3.1.1 UML的基礎知識29-31
• 3.1.2 UML模型的擴展機制31-33
• 3.2 STAMP模型的UML概要設計33-41
• 3.2.1 類的擴展33-37
• 3.2.2 關系的擴展37-40
• 3.2.3 過程模型40-41
• 3.3 本章小結41-43
• 4 基于UML擴展的RBC交接建模43-63
• 4.1 RBC交接場景介紹43-45
• 4.2 基于UML的RBC交接場景STAMP模型構建45-62
• 4.2.1 分層控制結構類圖45-48
• 4.2.2 過程模型48-52
• 4.2.3 控制算法52-56
• 4.2.4 分層控制結構狀態(tài)圖56-62
• 4.3 本章小結62-63
• 5 基于STPA的RBC交接安全分析63-77
• 5.1 系統(tǒng)級危險及分層控制結構63-64
• 5.2 不安全控制行為辨識64-66
• 5.3 控制缺陷分析66-75
• 5.4 本章小結75-77
• 6 結論77-79
• 6.1 研究成果77-78
• 6.2 論文創(chuàng)新點78
• 6.3 展望78-79
• 參考文獻79-83
• 表目錄83-85
• 圖目錄85-89
• 學位論文數(shù)據(jù)集89

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本文編號：624537