高速鐵路列車運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)，高速鐵路運營速度的不斷提升，高速鐵路列車運行控制過程實現(xiàn)的外界環(huán)境越發(fā)復(fù)雜，對系統(tǒng)安全性的要求也越發(fā)嚴(yán)苛。同時，高速鐵路列車運行控制過程本身的系統(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)開放性和涌現(xiàn)性等特點對系統(tǒng)安全保障提出了更大的挑戰(zhàn)。目前，針對高速鐵路列車運行控制過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)為研究對象，通過系統(tǒng)仿真、安全評價等方法實現(xiàn)對各子系統(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)建立涉及計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)、調(diào)度指揮子系統(tǒng)和列控子系統(tǒng)的高速鐵路列車運行控制信息傳遞過程模型，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)脆性和動態(tài)模糊脆性兩個角度出發(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。論文研究的具體實現(xiàn)過程如下:
　　(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行控制過程的特點提出對系統(tǒng)脆性分析的方法需求，然后對熵理論、元胞自動機及突變理論等既有脆性研究方法適用性進行分析。最后考慮到復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論本身的過程特性及高速鐵路列車運行控制信息傳遞過程模型對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)高速鐵路列車運行控制信息傳遞過程建模。首先論文系統(tǒng)分析了高速鐵路列車運行控制過程的特點及問

4、題復(fù)雜性的根源，然后建立高速鐵路列車運行控制過程模型的實驗框架，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行控制信息傳遞過程的基礎(chǔ)模型。
　　(3)高速鐵路列車運行控制過程結(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)點為脆性源，以狀態(tài)空間內(nèi)節(jié)點間的關(guān)聯(lián)關(guān)系為脆性傳播路徑，度量脆性源崩潰后對系統(tǒng)整體功能實現(xiàn)過程影響。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，通過結(jié)構(gòu)脆性仿真實驗度量高速鐵路列車運行控制過程中各子系統(tǒng)的脆度和脆性相關(guān)性。
　　(4)高速鐵路列車運行控制過程動態(tài)模糊脆性分析。系統(tǒng)動態(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，以高速鐵路列車運行控制模型中庫所與變遷間的關(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態(tài)模糊模型，其次提出基于實際應(yīng)用中中系統(tǒng)檢測沖突數(shù)或故障數(shù)的各子系統(tǒng)的模糊可信度確認(rèn)方法，最后以不同等級的模糊可信度組合形式建立仿真實驗情景集，并通過仿真實驗結(jié)果分析各子系統(tǒng)的模糊可信度波動對系統(tǒng)整體功能實現(xiàn)的影響。
　　(5)高速鐵路列車運行控制過程脆性監(jiān)管策略。脆性監(jiān)管策略從結(jié)構(gòu)脆性和動態(tài)模糊脆性兩個角度提出。首先從動態(tài)模糊脆性的角度，通過在系統(tǒng)功能實現(xiàn)的不同階段設(shè)置觀察監(jiān)視器，實時監(jiān)控系統(tǒng)整體模糊可信度的累

7、積推理過程，當(dāng)觀察模糊可信度低于最低可接受值時，系統(tǒng)發(fā)出警報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行控制過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)性兩個指標(biāo)相契合。
　　本文針在宏觀層次上以高速鐵路列車運行控制的整體過程為研究對象，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，并從動態(tài)模糊脆性的角度提出實時監(jiān)控系統(tǒng)模糊可信度累積過程的實時脆性監(jiān)管策略，為高速鐵