高速鐵路列車運(yùn)行控制信息脆性研究.pdf

1、隨著高速鐵路網(wǎng)的不斷建設(shè)，高速鐵路運(yùn)營(yíng)速度的不斷提升，高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)的外界環(huán)境越發(fā)復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)安全性的要求也越發(fā)嚴(yán)苛。同時(shí)，高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程本身的系統(tǒng)子單元數(shù)量巨大、信息交互涉及多層次且形式多樣化、系統(tǒng)開(kāi)放性和涌現(xiàn)性等特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)安全保障提出了更大的挑戰(zhàn)。目前，針對(duì)高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程安全性的研究多基于系統(tǒng)還原論的思想以各子系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)系統(tǒng)仿真、安全評(píng)價(jià)等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)的安全管理，缺乏系統(tǒng)整體性的研究

2、。論文從系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)、子單元間的信息交互關(guān)系角度出發(fā)建立涉及計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)、調(diào)度指揮子系統(tǒng)和列控子系統(tǒng)的高速鐵路列車運(yùn)行控制信息傳遞過(guò)程模型，并基于復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論內(nèi)涵提出基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)脆性分析方法，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脆性和動(dòng)態(tài)模糊脆性兩個(gè)角度出發(fā)解析系統(tǒng)脆性產(chǎn)生的根本原因并提出脆性監(jiān)管策略。論文研究的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:
　　(1)復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論方法適用性分析。脆性是系統(tǒng)在子單元崩潰后基于系統(tǒng)內(nèi)關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)一步傳播子單元崩潰的

3、后果并導(dǎo)致系統(tǒng)全面崩潰的特性。論文首先基于高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程的特點(diǎn)提出對(duì)系統(tǒng)脆性分析的方法需求，然后對(duì)熵理論、元胞自動(dòng)機(jī)及突變理論等既有脆性研究方法適用性進(jìn)行分析。最后考慮到復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論本身的過(guò)程特性及高速鐵路列車運(yùn)行控制信息傳遞過(guò)程模型對(duì)多樣化的信息交互關(guān)系描述的需求性，提出一種基于Petri網(wǎng)的復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論方法。
　　(2)高速鐵路列車運(yùn)行控制信息傳遞過(guò)程建模。首先論文系統(tǒng)分析了高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程的特點(diǎn)及問(wèn)

4、題復(fù)雜性的根源，然后建立高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程模型的實(shí)驗(yàn)框架，最后基于有色Petri網(wǎng)采用自頂向下的建模思路建立高速鐵路列車運(yùn)行控制信息傳遞過(guò)程的基礎(chǔ)模型。
　　(3)高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程結(jié)構(gòu)脆性分析。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脆性是以模型狀態(tài)空間內(nèi)的節(jié)點(diǎn)為脆性源，以狀態(tài)空間內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系為脆性傳播路徑，度量脆性源崩潰后對(duì)系統(tǒng)整體功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程影響。首先論文基于結(jié)構(gòu)脆性分析的模型需求將基礎(chǔ)模型變形為結(jié)構(gòu)模型，然后建立基于Standard M

5、L和C＃的系統(tǒng)狀態(tài)空間脆性分析仿真平臺(tái)，通過(guò)結(jié)構(gòu)脆性仿真實(shí)驗(yàn)度量高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程中各子系統(tǒng)的脆度和脆性相關(guān)性。
　　(4)高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程動(dòng)態(tài)模糊脆性分析。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模糊脆性是基于模糊Petri網(wǎng)中的模糊命題推理規(guī)則，以模糊可信度降低的子系統(tǒng)或子單元為脆性源，以高速鐵路列車運(yùn)行控制模型中庫(kù)所與變遷間的關(guān)聯(lián)關(guān)系為脆性傳播路徑，累積推理得到系統(tǒng)整體模糊可信度低于最低可接受值而崩潰的過(guò)程。首先，論文在基礎(chǔ)模型中加入模糊可信

6、度因素并變形得到動(dòng)態(tài)模糊模型，其次提出基于實(shí)際應(yīng)用中中系統(tǒng)檢測(cè)沖突數(shù)或故障數(shù)的各子系統(tǒng)的模糊可信度確認(rèn)方法，最后以不同等級(jí)的模糊可信度組合形式建立仿真實(shí)驗(yàn)情景集，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析各子系統(tǒng)的模糊可信度波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)整體功能實(shí)現(xiàn)的影響。
　　(5)高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程脆性監(jiān)管策略。脆性監(jiān)管策略從結(jié)構(gòu)脆性和動(dòng)態(tài)模糊脆性兩個(gè)角度提出。首先從動(dòng)態(tài)模糊脆性的角度，通過(guò)在系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的不同階段設(shè)置觀察監(jiān)視器，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)整體模糊可信度的累

7、積推理過(guò)程，當(dāng)觀察模糊可信度低于最低可接受值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并接受外界介入修正系統(tǒng)內(nèi)信息模糊可信度到最初值。其次從結(jié)構(gòu)脆性的角度提出高速鐵路列車運(yùn)行控制過(guò)程的日常安全管理力度應(yīng)與各子系統(tǒng)或子單元的脆度、脆性相關(guān)性兩個(gè)指標(biāo)相契合。
　　本文針在宏觀層次上以高速鐵路列車運(yùn)行控制的整體過(guò)程為研究對(duì)象，從靜態(tài)結(jié)構(gòu)脆性的角度出發(fā)解釋了系統(tǒng)脆性產(chǎn)生的根本原因，并從動(dòng)態(tài)模糊脆性的角度提出實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)模糊可信度累積過(guò)程的實(shí)時(shí)脆性監(jiān)管策略，為高速鐵