[發明專利]高速列車運行控制系統的運行安全風險動態分析方法

有效

• 申請號: 201711448051.0
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108196525B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 陳俊;周欣;曹德寧;王陽鵬;楊文;師瑞音;楊奉偉;孫殿舉
• 申請（專利權）人: 卡斯柯信號有限公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

1.一種高速列車運行控制系統的運行安全風險動態分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：基于尖點流形曲面構建系統運行狀態判別模型；

步驟2：判別系統運行狀態；

步驟3：基于橢圓臍流形曲面構建安全風險計算模型；

步驟4：輸出運行安全指標和運行風險指標的變化情況；

所述的步驟1具體為：

在時間段[0，τ]內運行的控制過程，如果系統正常運行，則Φ₀為可接受的系統目標的損失；運行的系統在τ時刻完成的目標包含的損失在Φ₀以下，屬于正常的可接受的系統運行狀態；而如果在τ時刻不可接受的損失產生，即事故發生，則其中DE表示累積的錯誤的危險程度，DB表示累積的柵的防護程度；

基于黎曼-雨果尼奧特突變，以DE和DB作為控制變量，以系統安全程度DS作為狀態變量，在DE、DB和DS三個正交變量組成的笛卡爾坐標系中建立尖點流形曲面，在坐標軸上，DE、DB和DS都取正數并從原點開始沿軸方向均勻增大；在尖點流形曲面上，系統安全程度DS在上半葉代表的安全區域與下半葉代表的危險區域間以任意軌跡連續變化；記尖點流形曲面為Ω，則Ω的方程為

Ω(DE，DB，DS)＝η(DE-μ)+2ω(DB-v)DS+4DS³＝0

其中參數η、ω、μ和v由系統結構設計決定；

所述的判別系統運行狀態為：利用事件樹對當前運行階段下控制結構中出現的錯誤和控制過程中執行的安全柵進行量化評估，其中量化評估過程需要基于危險日志，其包括在系統設計階段和系統運行階段識別、統計得出的危險源、危險源可能導致的后果、危險源的演化路徑以及安全柵信息；

所述的判別系統運行狀態具體為：

首先利用計算機自動識別當前控制結構中出現的危險源H_i，危險源H_i為錯誤事件E_i，基于事件樹的描述方式，錯誤E_i經過演化路徑T_δ導致后果C_δ；根據危險日志，得知錯誤E_i通過演化路徑T_δ的統計概率P_δ及其后果的嚴重程度C_δ；

基于事件樹的結構，利用計算機自動識別演化路徑中的安全柵，根據危險日志，得知在E_i的事件樹中，安全柵B_j的置信度為L_ε，防護程度為U_ε，數目為k_j；

設系統運行到當前時刻系統控制結構中共出現了n個錯誤，并且系統控制過程中共執行了m個安全柵，則累積的錯誤的危險程度為

累積的柵的防護程度為

在尖點流形曲面的相空間中，根據控制變量DE和DB得到狀態變量DS，進而判定系統運行狀態是處于安全狀態還是危險狀態；

所述的步驟3具體為：

設系統控制過程達到系統目標需要完成N個組件功能，并且系統運行到當前階段控制過程已經執行了M個組件功能，則系統的運行進度的大小為M/N；當系統運行狀態處于安全狀態時，運行進度DP＝γ＝-M/N；當系統運行狀態處于危險狀態時，運行進度DP＝γ＝M/N；

由于變量DE、DB和DP相互正交，因此在由這三個變量構成的控制空間中構建橢圓臍流形曲面Λ，Λ的方程為

(α，β，γ)分別對應于(DE，DB，DP)，即累積的錯誤的危險程度、累積的柵的防護程度和系統運行進度；

所述的步驟4具體為：

經過尖點流形曲面Ω的判別，當系統運行狀態處于安全狀態時，系統的運行安全指標根據橢圓臍流形曲面Λ|γ＜0進行精確的量化評估，其大小為閉合曲面Λ|γ＜0的體積V(α，β，-γ|γ＜0)，其符號為正表示系統處于安全狀態；當系統運行狀態處于危險狀態時，系統的運行風險指標根據橢圓臍流形曲面Λ|γ＞0進行精確的量化評估，其大小為閉合曲面Λ|γ＞0的體積V(α，β，γ|γ＞0)，其符號為負表示系統處于危險狀態；

在系統運行階段，計算機在線識別系統控制過程中出現的錯誤和執行的安全柵，基于狀態判別模型判別當前系統是處于安全狀態還是危險狀態；當系統處于安全狀態時，根據系統運行進程的推進程度，基于安全風險計算模型輸出運行安全指標；當系統處于危險狀態時，根據系統運行進程的推進程度，基于安全風險計算模型輸出運行風險指標。