安全列尾设备测试结果自动分析与评估方法研究

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安全列尾设备运用场景是新型列控系统,该系统采用了多种先进技术,来保证我国边远地区低密度稀疏铁路运输网可以安全高效地运营。列尾设备是该系统中实现列车完整性自检测功能的关键部分,由于新型列控系统是典型的安全苛求系统,所以列尾设备的安全完整性等级也要达到SIL4级。在正式将其投入到新型列控系统铁路线上之前,需要对列尾设备的功能和性能进行测试,测试后会产生一系列的测试结果数据。以目前的测试条件,测试结果数据主要是由人工分析和评估,对测试人员的专业要求高,并且整个过程的测试结果数据多,无法保证高效率。因此,采用自动化方法对安全列尾设备的测试结果进行分析与评估,无论在理论上还是在现实中都很有必要。目前北京交通大学已经搭建了新型列控系统列尾仿真测试平台,本论文基于该平台产生的测试结果数据,提出了一种安全列尾设备测试结果自动分析与评估方法,最后根据方法设计了相应的工具。论文完成的主要工作有:(1)提出了安全列尾设备测试结果自动分析与评估方案。首先,对安全列尾设备进行介绍,包括其结构、功能以及工作场景;然后,对新型列控系统列尾仿真测试平台进行介绍,包括其结构和列尾设备的测试流程,并且在测试大纲和站场图、应答器位置表的基础上,将测试案例按照正常和异常的测试场景串联成测试序列;接着,为了实现安全列尾的自动化测试,基于测试序列编制了测试脚本;最后,分析了测试结果数据之间的关系,并针对自动测试软件的功能需求,设计了测试结果自动分析与评估的整体方案。(2)提出了安全列尾设备测试结果自动分析方法。首先,基于列尾设备与其它设备的消息交互分析的基础上,提出了基于UML_CPN的时序性分析方法,包括设计了UML消息顺序图(MSC模型,Message Sequence Chart)向有色Petri网模型的映射规则;然后,基于建连功能、数据查询功能和尾部报警功能消息交互过程的分析,建立了对应的UML消息顺序图;接着,建立了映射后的CPN模型,并对模型进行了逐步仿真验证和状态空间验证,从而实现了对测试结果时序性的分析;最后,通过建立交互数据结构的E-R模型,完成了对测试结果数据完整性的分析。(3)提出了安全列尾设备测试结果自动评估方法。首先,针对测试大纲对列尾设备功能方面和性能方面的评估要求,本文在前文研究的基础上,制定了四个评估指标:功能实现的成功率、功能点测试的通过率、数据包传输的准确性、数据传输的时效性;然后,利用TFN-AHP三角模糊数层次分析法得出了这四个评估指标的权重;最后,制定了评估规则,从而完成了自动评估方法的设计。(4)根据测试结果自动分析与评估方法,基于Visual Studio 2015开发平台和C#开发语言,设计了测试结果自动分析与评估工具,并以列尾仿真测试平台执行的实际结果数据为例,展示了数据库的管理与维护、测试结果自动分析和测试结果自动评估的全部实现过程。本文共有图61幅,表37个,参考文献70篇。
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