[发明专利]一种船舶火灾自动报警系统连锁失效路径的评估方法

说明书

技术领域

本发明属于复杂系统的分析与决策领域，具体涉及一种基于改进的融合遗传算法和蚂蚁算法(GAAA)的船舶火灾自动报警系统连锁性失效路径的评估方法。

背景技术

随着科技的发展，现代船舶通过配备火灾自动报警系统来实现火灾的早期确认和自动报警及联动控制，用以提高船舶的安全性。然而，由于船舶火灾自动报警系统是具有总线制分布式的复杂非线性系统，一旦船舶内部环境的变化或人为因素导致了火灾自动报警系统的某个子系统失效，系统的脆性行为会由于子系统的内部动力学行为及子系统间的相互作用发生传播，于是整个系统的性能将会降低，甚至崩溃。因此，寻找适当的评估方法实现船舶火灾自动报警系统连锁性失效的崩溃路径的预测搜索评估，了解连锁性失效的可能发展进程，对系统连锁性失效的预防与控制起着举足轻重的作用。

连锁性失效是复杂系统相关性失效的一种类型，强调由于外界扰动触发某子系统失效后，由于子系统间的相互作用进行传播的连锁性。连锁性失效最大崩溃路径的搜索是一个寻优求解问题，智能方法是解决该问题的一种有效方法。然而，到目前为止，尚未有关于船舶火灾自动报警系统连锁性失效路径评估的相关理论成果。鉴于此，为了实现船舶火灾自动报警系统连锁性失效路径的预测搜索分析，本发明提出了基于改进的融合遗传算法和蚂蚁算法的船舶火灾自动报警系统连锁性失效路径的评估方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高普适性、实用性船舶火灾自动报警系统连锁失效路径的评估方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)基于图论和脆性理论构造火灾报警控制器的赋权图模型：

根据船舶火灾自动报警系统的物理模型将其部件模块看作子系统，根据部件模块的连接情况给出子系统间是否存在脆性关系，以各子系统为节点，以子系统间的脆性关系为边，构造赋权图D＝＜V,E,R＞，其中V为所有节点v构成的集合，且记节点数为n，p(v)为节点在外界干扰下发生崩溃的概率；R为各节点直接的脆性关系集合，记脆性关系函数为

E为图中具有权值的边的集合，权值ω_ij＝p(v_j|v_i)描述了第i个节点和第j个节点之间的脆性联系程度，即节点v_i引起顶点v_j崩溃的概率，按照脆性联系程度分为{极弱、弱、较弱、强、较强、1}六个级别，采用层次分析法给出脆性赋权图的权值ω_ij∈{0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,1}且设ω_ji＝ω_ij,i,j＝1,2,…,n；

(2)设计改进的GAAA算法中的遗传算法得到脆性信息素初始分布：

1)初始化遗传算法参数：进化代数计数器赋初值t＝0，并给最大进化代数T赋值，将赋权图中各节点节点编号为1-20的自然数，按此顺序将每个待选节点作为染色体的一个基因进行编码，当基因值为1时，表示相应的节点被选入该条路径中，否则反之；染色体中的基因排列顺序即为各节点在通路中出现的先后顺序，染色体长度等于图中的节点数，用crtbp函数生成规模为M个编码的初始种群P(t)；

2)个体评价：崩溃路径的权值为路径中所有边的权值的乘积，D的所有崩溃路径E(H)中权值最大的路径为最大崩溃路径，设一条边e＝(v_i,v_j)的权值为ω(e)＝ω_ij，取适应度函数为用来评价路径崩溃的程度，适应度函数值越大，说明该路径越容易崩溃，给定适应度函数阈值ω_t，用ranking函数计算P(t)中每个个体的适应度函数值，并记录本代最佳个体及适应度值；

3)选择运算：根据适应度函数值，用selection函数采用轮盘赌法确定进行交配的染色体父串；

4)交叉运算：设定交叉概率p_c的值，根据p_c用recombin函数进行单点交叉，交叉概率不可设置过小，否则会延缓获得最优解的概率；

5)变异运算：设定变异概率p_m的值，根据p_m用mutate函数进行逆转变异，对群体的个体进行变异操作，并通过以上运算得到下一代群体P(t+1)，变异概率的选取一般受种群大小、染色体长度等因素的影响，通常选取很小的值，一般取0.001-0.1；

6)计算子代个体的适应度函数值，并用父代的适应度最大的个体取代子代适应度最小的个体；