基于模型的CBTC区域控制系统安全软件开发

王海峰 杨旭文 刘 朔 刘 超

(北京交通大学电子信息工程学院 北京 100044)

1 研究背景

近年来，随着轨道交通的蓬勃发展，为确保列车运行安全和提高运输效率，基于通信的列车运行控制(communication based train control，CBTC)系统［1］已成为发展方向。CBTC系统通过高精度的列车定位和连续的车地通信技术，提供更精确的列车安全间隔控制和速度防护，最大限度地提高列车运行效率。CBTC是典型的具有SIL4等级要求的高安全系统，伴随着功能的不断增强，系统对软件的依赖性越来越强。在传统的软件开发方法中，系统的设计过程多利用自然语言表达，易引起理解上的歧义，对系统设计的分析验证更多地依赖于人工方式，很难保证设计的正确性，对系统功能的测试需要在开发周期的后期进行，一旦发现错误，修正的成本极其昂贵。所以，传统软件开发方法已不能很好地应对CBTC开发所面临的挑战。

基于模型系统开发(model-based development，MBD)方法的出现［2-4］，引起了安全关键领域系统开发方式的变革。这种方法基于严格的数学理论，使系统描述模型化，在模型的基础上进行设计、分析和验证，最终基于模型来实现系统。目前，在安全苛求领域，基于模型的开发方法发展比较迅速，出现了诸如Matlab-Simulink/Stateflow、UML、SCADE 的开发工具［4-7］。20 世纪80年代，SCADE在Lustre同步模型语言的基础上被开发用来进行航空系统的设计，90年代推广应用到安全关键软件开发领域，它具有面向模型的图形用户接口、动态仿真和系统状态分析的功能，并且支持连续或离散时间的线性和非线性系统。……