[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

本發明提供了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。該方法包括如下步驟：從高速鐵路裝備?環境?人?管理四個系統出發，根據系統的物理、電氣和信息組成關系，構建高速鐵路系統多重多粒度網絡模型；基于所述多重多粒度網絡模型計算出各節點的功能維度指標，基于所述多重多粒度網絡模型，計算出各節點的風險維度指標，綜合各個節點的功能維度指標和風險維度指標的重要度排序結果，得到高速鐵路系統的關鍵環節集。本發明結合高速鐵路系統拓撲結構、功能重要度、風險概率以及失效后影響運營的嚴重程度，突破了以往高速鐵路系統關鍵環節辨識過程中，依賴專家經驗、關注局部設備或子系統、缺少系統間作用關系等局限。

技術領域

本發明涉及高速鐵路系統可靠性技術領域，尤其涉及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。

背景技術

高速鐵路是一個極其復雜的巨系統，涵蓋裝備-環境-人-管理多方面的內容。近年來，不斷提升的運營速度以及發車頻率，對整個系統的安全可靠性提出了更高的要求。辨識高速鐵路系統關鍵環節集，一方面可以為設計階段的可靠性提升和優化提供支撐，另一方面可以合理分配運營階段的檢測和維修資源，從而實現高速鐵路系統的安全、可靠以及高速運營。

目前，現有技術中一種關于高速鐵路系統中關鍵環節辨識的方法為依賴系統可靠性理論的方法。系統可靠性理論是在假設系統中各部件相互獨立的條件下，通過計算Birnbaum重要度、貝葉斯可靠性重要度和關鍵可靠性重要度等指標識別系統中的關鍵環節。該方法的缺點為：在指標計算過程中需要部件在系統中的位置信息、系統結構函數以及部件壽命分布信息等，對于高速鐵路系統這種復雜巨系統而言，精確地獲得各項信息存在巨大的困難。

現有技術中另一種關于高速鐵路系統中關鍵環節辨識的方法為網絡理論的方法。通過計算節點度和介數等指標來識別系統中關鍵環節。該方法的缺點為：僅僅考慮了拓撲結構的重要性，并未考慮環節自身功能重要度、風險概率以及失效后影響運營的嚴重程度等因素，現實應用性較弱。

發明內容

本發明的實施例提供了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，以克服現有技術的問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

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，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。

進一步地，包括的步驟(1)具體包括：

2.1.根據功能的不同將高速鐵路的裝備系統劃分為不同子系統，即：

其中，N¹是裝備的集合；是裝備中第i個子系統；分別為裝備中第i個子系統的機械層、電氣層和信息層；V_i¹是裝備第i個子系統的點集，裝備系統不同層的節點相同；是裝備第i個子系統α,β,γ層的邊集；n是子系統的個數；