4、安全列车控制功能的形式化规范与细化

安全列车控制功能的形式化规范与细化

在开发和分析反应式系统（如列车系统）的形式化模型时，面临着诸多挑战。本文将介绍一种基于特定领域语言的方法，该方法结合了形式化技术和验证技术，能够有效应对这些挑战。

1. 引言

在反应式系统的开发中，预测行为和处理行为不确定性是关键问题。以BART案例研究为背景，提出了一种开发和分析反应式系统形式化模型的方法。该方法适用于需要预测行为和处理不确定性的反应式系统控制功能开发。

在领域建模中，识别与问题相关的抽象（包括数据和算法）是第一步。本文重点不在于识别抽象的技术，而是探讨如何在软件开发方法中利用给定的抽象集合，结合形式化技术（如程序转换和验证）和验证技术（如模拟和动画）。

1.1 反应式系统的一些抽象

在反应式系统领域，状态和转换是两个广为人知的抽象。形式化模型必须包含系统状态的描述，转换则是将系统从一个状态转移到另一个状态的算法抽象。系统行为通过一系列转换实现，需求通常以状态或状态序列的属性来表述。

在有主动控制器影响行为的反应式系统中，系统从当前状态演化有多种选择。为确保安全，需要对状态轨迹施加约束，例如列车系统中，列车的加速和速度应避免与前车碰撞、在红灯处停车并遵守轨道速度限制。这些高级抽象对于指定反应式系统的行为至关重要。

1.2 提议的工具和方法

引入了一种领域建模语言，其中“轮廓（profile）”用于建模状态轨迹，“约束（constraint）”用于建模属性（如安全属性）。可以从轮廓和约束构建关系表达式，描述满足约束的转换集。通过逻辑连接词组合这些表达式，可以描述满足多个安全属性的转换集。然后根据吞吐量优化或乘客舒适度等次要标