在开放运行环境中,安全攸关系统的不确定性行为有可能导致小概率事件的发生,而此类事件的可靠性指标往往很高,小概率事件一旦发生就会产生灾难性的后果,严重威胁到人们的生命、财产安全.因此,评估、预测小概率事件发生的概率,对于提高系统的可靠性具有重要意义.统计模型检测是一种基于模拟的模型验证技术,结合了系统的快速模拟及统计分析技术,能够有效提高模型检测的效率,适用于验证、评估安全攸关系统的可靠性,但其面临的挑战性问题之一是在可接受的样本数量下,使用统计模型检测技术难以预测、评估小概率事件发生的概率.因此,提出一种改进的统计模型检测框架,设计和开发基于机器学习的统计模型检测器,实现在相对较少的样本数量下预测和评估小概率事件发生的概率.结合轨道交通控制系统中避碰控制案例分析,进一步证明改进后的统计模型检测器能够有效预测和评估安全攸关系统中小概率事件发生的概率.