[发明专利]一种基于高速列车系统作用关系网络的可靠性分析方法

说明书

技术领域

本发明属于高速列车系统可靠性技术领域，尤其是涉及一种基于高速列车系统作用关系网络的可靠性分析方法。

背景技术

近些年来，诸如因特网、万维网、以及各类社会与生物网络已经成为特别受关注的研究热点。人们发现大量的真实复杂系统都可以使用网络来描述，并且通过研究这些抽象出的网络可以使我们更加了解这些复杂系统。在复杂网络的拓扑特性与安全方面，国内外学者已做了相关研究。1998年美国康奈尔大学数学系博士生Watts及其导师Strogatz教授在Nature上发表文章，提出了著名的小世界网络模型；1999年美国NotreDame大学物理系的Barabasi教授及其博士生Albert在Science上提出了著名的无标度网络模型，这两个奠基性的工作引起了各个领域研究人员的广泛关注，并引起了一个新的领域—复杂网络研究的兴起。

真实网络大多数具有幂律度分布、小的平均距离和大的聚集系数三大统计特征，复杂网络研究中最重要的一个方向就是如何将复杂系统抽象构建为更符合真实网络统计性质的网络模型，研究其微观形成机制和内在机理，在小世界网络和无标度网络的基础上，在网络角度出发考虑复杂系统网络模型的性质，以及系统的实际运行工况对整网的研究。但是，以往的复杂系统网络建模工作中大多数只考虑了网络模型的拓扑性质。在简单网络的“节点边连接”规则的视角评估复杂系统拓扑网络模型的脆弱性及鲁棒性，进而来评估复杂系统的可靠性与安全性。表征网络鲁棒性和脆弱性的参数指标有节点平均度、特征路径长度以及聚类系数等，这些评价网络的指标参数只是在拓扑角度出发，并没有考虑复杂系统组成组份的自身的物理及实际运行的性质。因此，现有的建模方法存在一定的片面性，所构建的模型不能很好地反映真实网络的统计性质。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于高速列车系统作用关系网络的可靠性分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、根据高速列车系统部件间作用关系，构建高速列车系统作用关系网络模型；

步骤2、定义系统作用关系网络模型的基础评价测度指标，根据网络理论中拓扑度和最短路径，结合失效率定义节点的失效度和最短失效路径；

步骤3、改进系统作用关系网络模型可靠性测度指标，在步骤2的基础上，根据最短失效路径定义节点的失效介数、节点的凝聚度以及网络的连通度；

步骤4、计算步骤3中改进后的系统作用关系网络模型的可靠性测度指标，分析高速列车系统可靠性。

所述步骤1的具体过程为对高速列车系统的功能结构特点进行分析，根据部件提取原则提取高速列车部件；将部件与部件之间的连接方式划分为机械连接、电气连接和信息连接三种，明确部件间的单双向作用关系，进行机械、电气以及信息连接的融合；将高速列车的部件视为节点，将部件间的相互作用关系视为连接边，构建高速列车系统作用关系网络模型。

所述步骤2中节点的失效度为网络中节点拓扑度与失效概率的乘积，节点的失效度其中λ_i为网络中节点i的失效率，k_i表示节点i的拓扑度，描述的是在考虑部件i自身失效时，平均影响的邻节点数目。

所述步骤2中所述最短失效路径的计算方法为