列控系统是实时监控列车运行的高速铁路核心技术装备,在保障高速铁路行车安全、提高运输效率方面发挥了关键作用。作为典型的安全苛求系统,列控系统在投入使用之前,必须经过严格、全面的测试。安全功能测试是确认真实系统实现的安全功能与系统安全需求一致性的有效方法。而安全功能测试方法的设计与选择,直接影响测试的效率和质量。如何设计出具有高实用价值的安全功能测试方法一直是列控系统的关键问题与研究重点。变异测试通过在程序/系统模型中人为地注入故障来创建变异程序/模型,以生成能够发现真实故障的测试案例。本文将时间自动机(Timed Automata,TA)理论和变异测试技术相结合,提出一种基于TA变异模型的列控系统安全功能测试方法,实现列控系统的TA建模与验证,以及基于TA变异模型的测试案例生成,并以中国列车运行控制系统3级(Chinese Train Control System Level 3,CTCS-3)的车地传输功能作为研究对象进行实例应用。论文主要工作如下:首先,提出了基于TA变异模型的列控系统安全功能测试方法,包括列控系统的TA建模与验证方法,变异算子设计策略,测试案例生成与转化以及测试环境完善方法;其次,完成了CTCS-3级列控系统的建模及验证。将基于TA变异模型的列控系统安全功能测试方法应用于CTCS-3级列控系统的车地传输功能,并在等级转换场景中具体实现。通过分析等级转换场景的信息交互过程和功能需求,构建了该场景的TA模型,并从功能性和实时性两方面验证了模型的正确性;然后,设计了适用于安全功能的变异算子。基于故障模式及影响分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)法产出了CTCS-3级列控系统车地传输功能的故障模式,并根据TA的语义将故障模式与变异算子建立映射关系,设计出具有车地传输功能故障特征的4个变异算子;最后,实现了CTCS-3级列控系统安全功能测试案例的生成及应用。将设计的变异算子应用于原始TA模型中以生成变异模型,并根据测试案例生成方法在Mo Mu T::TA中自动生成了268个原始案例;使用C#编程语言在VS 2015中开发了测试案例转化工具,将原始案例转化为可用性和可读性更高的中文测试案例;对转化后的测试案例进行筛选与归并,为等级转换场景新增了17个车地传输功能测试案例,向既有案例集补充了2个车地传输功能测试点;之后根据测试案例的特点,使用合适的故障注入方式与测试平台进行无缝对接,对测试环境进行了完善。图43幅,表23个,参考文献70篇。