[发明专利]高速列车运行控制系统的运行安全风险动态分析方法

摘要

本发明涉及一种高速列车运行控制系统的运行安全风险动态分析方法，包括以下步骤：步骤1：基于尖点流形曲面构建系统运行状态判别模型；步骤2：判别系统运行状态；步骤3：基于椭圆脐流形曲面构建安全风险计算模型；步骤4：输出运行安全指标和运行风险指标的变化情况。与现有技术相比，本发明能够支持车载计算机实现列车运行安全风险的精确计算等优点。

主权项

1.一种高速列车运行控制系统的运行安全风险动态分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于尖点流形曲面构建系统运行状态判别模型；步骤2：判别系统运行状态；步骤3：基于椭圆脐流形曲面构建安全风险计算模型；步骤4：输出运行安全指标和运行风险指标的变化情况；所述的步骤1具体为：在时间段[0，τ]内运行的控制过程，如果系统正常运行，则Φ₀为可接受的系统目标的损失；运行的系统在τ时刻完成的目标包含的损失在Φ₀以下，属于正常的可接受的系统运行状态；而如果在τ时刻不可接受的损失产生，即事故发生，则其中DE表示累积的错误的危险程度，DB表示累积的栅的防护程度；基于黎曼‑雨果尼奥特突变，以DE和DB作为控制变量，以系统安全程度DS作为状态变量，在DE、DB和DS三个正交变量组成的笛卡尔坐标系中建立尖点流形曲面，在坐标轴上，DE、DB和DS都取正数并从原点开始沿轴方向均匀增大；在尖点流形曲面上，系统安全程度DS在上半叶代表的安全区域与下半叶代表的危险区域间以任意轨迹连续变化；记尖点流形曲面为Ω，则Ω的方程为Ω(DE，DB，DS)＝η(DE‑μ)+2ω(DB‑v)DS+4DS³＝0其中参数η、ω、μ和v由系统结构设计决定；所述的判别系统运行状态为：利用事件树对当前运行阶段下控制结构中出现的错误和控制过程中执行的安全栅进行量化评估，其中量化评估过程需要基于危险日志，其包括在系统设计阶段和系统运行阶段识别、统计得出的危险源、危险源可能导致的后果、危险源的演化路径以及安全栅信息；所述的判别系统运行状态具体为：首先利用计算机自动识别当前控制结构中出现的危险源H_i，危险源H_i为错误事件E_i，基于事件树的描述方式，错误E_i经过演化路径T_δ导致后果C_δ；根据危险日志，得知错误E_i通过演化路径T_δ的统计概率P_δ及其后果的严重程度C_δ；基于事件树的结构，利用计算机自动识别演化路径中的安全栅，根据危险日志，得知在E_i的事件树中，安全栅B_j的置信度为L_ε，防护程度为U_ε，数目为k_j；设系统运行到当前时刻系统控制结构中共出现了n个错误，并且系统控制过程中共执行了m个安全栅，则累积的错误的危险程度为累积的栅的防护程度为在尖点流形曲面的相空间中，根据控制变量DE和DB得到状态变量DS，进而判定系统运行状态是处于安全状态还是危险状态；所述的步骤3具体为：设系统控制过程达到系统目标需要完成N个组件功能，并且系统运行到当前阶段控制过程已经执行了M个组件功能，则系统的运行进度的大小为M/N；当系统运行状态处于安全状态时，运行进度DP＝γ＝‑M/N；当系统运行状态处于危险状态时，运行进度DP＝γ＝M/N；由于变量DE、DB和DP相互正交，因此在由这三个变量构成的控制空间中构建椭圆脐流形曲面Λ，Λ的方程为(α，β，γ)分别对应于(DE，DB，DP)，即累积的错误的危险程度、累积的栅的防护程度和系统运行进度；所述的步骤4具体为：经过尖点流形曲面Ω的判别，当系统运行状态处于安全状态时，系统的运行安全指标根据椭圆脐流形曲面Λ|γ＜0进行精确的量化评估，其大小为闭合曲面Λ|γ＜0的体积V(α，β，‑γ|γ＜0)，其符号为正表示系统处于安全状态；当系统运行状态处于危险状态时，系统的运行风险指标根据椭圆脐流形曲面Λ|γ＞0进行精确的量化评估，其大小为闭合曲面Λ|γ＞0的体积V(α，β，γ|γ＞0)，其符号为负表示系统处于危险状态；在系统运行阶段，计算机在线识别系统控制过程中出现的错误和执行的安全栅，基于状态判别模型判别当前系统是处于安全状态还是危险状态；当系统处于安全状态时，根据系统运行进程的推进程度，基于安全风险计算模型输出运行安全指标；当系统处于危险状态时，根据系统运行进程的推进程度，基于安全风险计算模型输出运行风险指标。