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基于贝叶斯网络的列控中心安全分析

周喜强  
【摘要】:随着我国轨道交通事业不断的发展,高速铁路在推动经济发展、社会进步方面的作用越来越重要。我国规划和建设的四纵四横高速铁路网,高铁的运营运行速度越来越快,列车行车密度越来越大,这就对行车的稳定性、可靠性以及安全性的要求也越来越高。列车运行控制系统是高铁实时控制关键系统,而列控中心是这个系统地面设备的核心构成单元,对于确保列车可靠运行和保证铁路高效运营有着不可替代的作用。列控中心综合了计算机技术、通信技术、自动控制等技术,结构复杂,功能强大,对安全有着更高的要求。因此从安全系统工程学角度出发,采用定性和定量的评价方法研究影响列控中心安全的各种因素,从而确立相应的安全对策,成为十分有价值的研究课题。本文以列车运行控制系统的重要设备列控中心为研究对象,以列控系统总体技术方案、列控中心系统需求规范和功能需求规范等相关技术规范为依据,研究列控中心的安全分析方法,利用贝叶斯网络对列控中心进行安全分析与研究。论文的主要研究内容和成果包括:将列控中心结构进行层次化的划分,构建列控中心结构参考模型从系统组成的角度描述列控中心系统结构的静态组成,确定其边界;对列控中心的功能进行分析和细化构建列控中心的功能分层模型,从功能层次的角度描述列控中心各单元模块的主功能和子功能;对列控中心功能执行过程进行剖析,构建其功能顺序图模型,动态地描述列控中心各个功能的具体执行过程和各个对象之间的交互。在此基础上,首先对列控中心结构构建贝叶斯网络,分析现有列控中心结构对其安全的影响。针对贝叶斯网络模型中根节点先验概率问题,提出了基于多专家评判的贝叶斯网络集结算法来获取根节点先验概率,再利用基于多树算法和聚类算法的贝叶斯网络推理算法,进行因果推理和诊断分析,定量的计算列控中心正常和故障的后验概率以及发生失效时的可能原因分析和各因素的后验概率。最后对列控中心的功能构建贝叶斯网络模型,定性和定量的分析功能执行过程中各个节点对功能的影响权重,以轨道电路编码为例,利用列控中心结构参考模型和功能分层模型结合轨道电路编码的功能执行过程获得贝叶斯网络模型的主要节点,搭建出基于轨道电路编码功能的贝叶斯网络模型,定量的计算出当轨道电路编码功能处于不同状态下,各个节点的贡献和权重,以及实现轨道电路编码故障的诊断分析。


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