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随着我国铁路技术的提高和列车运行速度的加快，如何保证铁路的行车安全和效率逐渐成为一个很大的难题。而列车运行控制系统在提高列车运行效率、保证列车运行安全等方面起着关键作用，因此对列车运行控制系统的安全性进行分析研究成为一个非常重要而又复杂的课题之一。基于此背景本文将目前CTCS-2(Chinese Train Control SystemLevel2,中国列车运行控制系统2级)级列控系统与CTCS-3级列控系统的结构和功能进行对比，并通过建模验证得出系统结构存在安全缺陷。针对此问题利用CTCS-2级列控系统目前存在的GSM-R(Global System of Mobile communication for Railway,铁路综合数字移动通信系统)对现有的列控系统的通信接口进行改进设计。主要研究内容如下：首先，分析CTCS-2级列车运行控制系统的功能，使用形式化建模语言UML(UnifiedModeling Language,统一建模语言)对其在某个特定场景下的功能进行建模，抽象出系统的UML类图，并将模型转化为SMV(Symbolic Model Verifier,符号模型验证)程序。使用符号模型检验工具对所建模型进行验证，得出了系统结构存在的安全缺陷，并与CTCS-3级列控系统在功能方面对比也存在劣势。因此，经研究得出有必要在CTCS-2级列控系统上增加无线传输方式，实现车地双向通信，提高列车运行的安全性。其次，对CTCS-2级列控系统中GSM-R系统的应用进行分析，我国现有的CTCS-2级客专采用GSM-R进行调度通信系统组网，铁路沿线采用无线覆盖，机车上采用无线终端。因此利用现有的GSM-R网络的GPRS(Global Packet Radio System,通用分组无线通信业务)技术，配合CTC(Centralized Traffic Control,调度集中)系统，对车载信号设备与地面系统的双向闭环信息传输通道进行总体设计，并对车载信号设备和地面信号设备通信接口的传输协议、传输方式及实现方式也进行详细地设计。通过通信接口的设计将车载设备的运行信息发送至地面的维修中心。因为地面的信号集中监测系统可以实时监测列车运行时的一些信息，因此由信号集中监测系统将监测到的信息发送至维修中心，由维修中心对这两组数据信息进行对比分析。本文通过对CTCS-2级列控系统进行建模验证分析，得出了系统结构存在的安全缺陷。通过对系统的通信接口的总体设计和局部的详细设计，改进了系统目前存在的安全缺陷，从而提高了CTCS-2级列车运行控制系统的安全性和可靠性。