О построении модели безопасности сложной автоматической системы транспортного обслуживания

Цель статьи – рассмотреть подходы к анализу модели безопасности сложных многоконтурных систем транспортного обслуживания, состоящих из не полностью контролируемых подсистем.

Методы. Для описания модели безопасности используются методы системно-теоретического анализа процессов STPA и принципы, изложенные в стандарте ISO/PAS 21448:2019 (SOTIF).

Результаты. В статье показаны недостатки методик локального анализа рисков FTA и FMEA и продемонстрирована необходимость более универсального подхода на основе сочетания методологии системного анализа и теории управления. Проиллюстрированы основные этапы такого анализа модели безопасности сложных систем транспортного обслуживания на примере Московского центрального кольца, обеспечивающие обратную связь для оценки безопасности планируемой структуры системы управления. Рассмотрен вариант схемы управления с виртуальной моделью в виде так называемой «контролируемой искусственной нейронной сети».

Выводы. В настоящее время активно тестируются системы беспилотного управления (без машиниста) на железнодорожном транспорте, которые имеют в своем составе модули автоматического обнаружения препятствий, использующие методы машинного обучения. Введение последних в контур управления крайне усложняет задачу анализа рисков и угроз и оценку безопасности таких систем с помощью традиционных методов построения деревьев ошибок и анализа отказов и их последствий FTA и FMEA. При построении модели безопасности столь сложных многоконтурных систем транспортного обслуживания, состоящих из не полностью контролируемых подсистем, в которых используются методы машинного обучения с не до конца предсказуемым поведением, требуется применение системного подхода для анализа небезопасных сценариев с формированием библиотеки сценариев и формализацией описания модели угроз, в том числе на границах различных контуров управления, в целях сокращения области неизвестных небезопасных сценариев для проектируемых систем беспилотного транспортного обслуживания.

1. World Report on Metro Automation. URL: https://www. uitp.org/publications/world-report-on-metro-automation/

2. IEC 26690:2014. Railway applications – Urban guided transport management and command/control systems – Part 1: System principles and fundamental concepts.

3. Шубинский И.Б., Шебе Х., Розенберг Е.Н. О функциональной безопасности сложной технической системы управления с цифровыми двойниками // Надежность. 2021. № 1. С. 38-44.

4. Qi Y., Cao Y., Sun Y. Safety analysis on typical scenarios of GTCS based on STAMP and STPA // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2020. Т. 768. № 4. P. 042042.

5. Leveson N.G., A systems-theoretic approach to safety in software-intensive systems // IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing. 2004. Vol. 1. No. 1 P. 66-86.

6. Chaima Bensaci, Youcef Zennir, Denis Pomorski. A Comparative Study of STPA Hierarchical Structures in Risk Analysis: The case of a Complex Multi-Robot Mobile System. // European Conference on Electrical Engineering & Computer Science, EECS 2018, Dec 2018, Bern, Switzerland.

7. ISO/PAS 21448:2019 (SOTIF). Road Vehicles – Safety of the Intended Function.

8. Попов П.А. Развитие отечественных и зарубежных беспилотных технологий // Автоматика, связь, информатика. 2020. № 9. C. 6-12.

9. Арнольд В.И. «Жесткие» и «мягкие» математические модели. М.: Издательство МЦНМО, 2004. 32 с.

10. Yan F., Zhang S., Tang T. Autonomous Train Operational Safety assurance by Accidental Scenarios Searching // 2019 IEEE Intelligent Transportation Systems Conference (ITSC). IEEE, 2019. P. 3488-3495.