[發明專利]基于拓撲綜合重要度的高速鐵路系統關鍵環節集辨識方法

有效

• 申請號: 201811326237.3
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109522633B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 賈利民;張惠茹;秦勇;王莉;王銘銘;程曉卿;辛格;郭建媛;徐杰
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種基于拓撲綜合重要度的高速鐵路系統關鍵環節集辨識方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟(1)：從高速鐵路裝備-環境-人-管理四個系統出發，根據高速鐵路系統的物理、電氣和信息組成關系，構建高速鐵路系統的多重多粒度網絡模型；S＝{S¹,S²,S³,S⁴}；

步驟(2)：在建立的網絡模型基礎上，計算出各節點的功能維度指標K^func，節點s的功能維度指標由網絡的功能度、功能接近中心性、功能網絡效率和功能節點介數四項指標綜合形成；

步驟(3)：在建立的網絡模型的基礎上，計算出各節點的風險維度指標K^risk，節點s的風險維度指標由網絡的風險度、風險接近中心性、風險網絡效率和風險節點介數四項指標綜合形成；

步驟(4)：針對節點s，綜合和的重要度排序結果，累加兩項指標值，得到節點s的綜合重要度值將綜合重要度值大于設定的重要度閾值的所有節點構成高速鐵路系統關鍵環節集；

包括的步驟(2)具體包括：

節點s的功能維度指標的計算公式如下：

3.1.節點s的功能度的計算公式為：m是節點的個數,其中a_st是鄰接矩陣中第s行t列的值，鄰接矩陣是一個以數字1、0表示節點之間相鄰關系的矩陣，1代表兩個節點有邊直接相連，否則為0；ω_s表征節點s功能重要程度的系數，通過專家打分法確定，打分以環節對于列車完成運營功能中的重要程度為評分標準；描述的是部件s在系統完成功能過程中所發揮作用的重要程度，節點的值越大，說明該節點所代表的環節本身在網絡拓撲連接中對保障列車運營功能越重要；

3.2.節點s的功能接近中心性的計算公式為：其中d_st是節點s和節點t之間的最短路徑，取需要經過的最少的邊數目，當兩節點不連通時，最短路徑取當前網絡的最大路徑長度；描述的是部件s在系統完成功能過程中所處位置的中心程度，節點的值越大，說明該節點所代表的環節在列車完成運營功能過程中，其功能中心度越高，部件本身也越重要；

3.3.節點s的功能網絡效率的計算公式為：定義網絡效率為去掉第s個節點的值，即刪除網絡中一個節點并計算此時的網絡效率值；描述的是部件s在系統完成功能過程中，通過網絡效率變化所體現的該節點的重要程度，事實上去掉任何節點，網絡效率都將變差；去掉節點s后，值越小，說明節點對應的環節對保障功能連通性越重要；

3.4.節點s的功能節點介數的計算公式為：其中σ_ab(s)是經過節點s的從a→b的最短路徑數目，σ_ab是從a→b的最短路徑數目；描述的是部件i在系統完成功能過程中，作為橋梁作用的重要程度；節點的越大，說明節點對應的環節在列車實現功能時，充當中介的次數越高，環節本身也越重要；

3.5.用向量規范法計算得到規范決策矩陣Z：其中，I_sx為節點s指標x的值；對于節點的功能維度指標，包括度、接近中心性、網絡效率和節點介數四項，I_sx根據x值的不同，依次為

3.6.構造加權規范矩陣Y：y_sx＝μ_x*z_sx，其中μ_x是指標x的權重，這里取四項指標權重相同；

3.7.確定理想解y^*和負理想解y⁰，網絡效率具有成本型屬性，其他三項指標具有效益型屬性，即：

3.8.計算到理想解與負理想解的距離：

3.9.計算與理想解的接近程度將該值作為根據節點s的功能維度指標得到的節點重要度，該節點重要度值越大則節點所對應的環節在列車實現功能的過程中越重要；

包括的步驟(3)具體包括：

4.1.節點s的風險度的計算公式為：其中p_s表征節點s發生故障頻率的系數，通過故障數據統計得到；l_s表征節點s失效之后對列車運行造成影響的嚴重程度，以列車需要臨時停車時整車所處性能狀態為判斷依據，100分為最佳狀態，通過歷史運營數據得到；描述的是在考慮環節i自身失效的可能性大小以及失效的嚴重程度時，影響的鄰節點數目；節點s的相鄰節點越多，說明該節點對應的環節發生故障后，影響范圍越廣；節點s的p_s以及l_s值越大，說明節點越容易發生故障，且影響越惡劣；

4.2.節點s的風險接近中心性的計算公式為：其中，是節點s和節點t之間考慮網絡風險權重后的最短路徑，取風險權重和最小的路徑，當兩節點不連通時，最短路取當前網絡的最大路徑長，則其中，a,b,c表示最短路徑上的點，q_sa表征節點s失效后，對節點a的影響程度，通過歷史運營數據得到；描述的是考慮部件i自身失效的可能性大小以及失效的嚴重程度時，在網絡中處于不同位置的節點的重要程度，值越大說明該節點發生故障后，將受到節點s影響的部件的范圍越廣；

4.3.節點s的風險網絡效率的計算公式為：定義為去掉節點s的網絡效率；描述的是考慮部件s自身失效的可能性大小以及失效的嚴重程度時，去掉節點s網絡效率的變化；節點風險網絡效率越小，說明該節點發生故障后，網絡效率變化越大，也說明該環節越重要；

4.4.節點s的風險節點介數的計算公式為：其中是經過節點s的從a→b的考慮網絡風險權重的最短路徑數目，是從a→b的考慮網絡風險權重的最短路徑數目；描述的是考慮部件s自身失效的可能性大小以及失效的嚴重程度時，擁有“橋梁”作用節點的重要程度，越大，說明該節點發生故障后，將受到節點s影響的越多，節點對應的環節越重要；

4.5.用向量規范法計算規范決策矩陣Z；

4.6.構造加權規范矩陣Y；

4.7.確定理想y^*和負理想解y⁰；

4.8.計算到理想解與負理想解的距離；

4.9.計算與理想解的接近程度將該值作為根據節點s的風險維度指標K^risk得到的節點重要度，該值越大則節點在網絡中越重要，節點所對應的環節本身越重要。