[发明专利]一种高铁列控系统复杂运营场景的风险耦合分析方法

说明书

本发明公开了一种高铁列控系统复杂运营场景的风险耦合分析方法，包括以下步骤：在高铁列控系统的技术规范下，利用UML建模技术建立高铁列控系统运营场景的UML模型；根据运营场景的UML模型，建立运营场景的仿真模型；在运营场景的仿真模型中注入故障组合，得到仿真数据；利用决策树算法,从得到的仿真数据中挖掘风险耦合规则。本发明提供的高铁列控系统复杂运营场景的风险耦合分析方法，通过复杂运营场景模型的构建，利用系统仿真技术、故障注入技术以及机器学习算法，能够仿真覆盖小概率故障组合事件的高铁列控系统复杂运营场景，可以全面、系统、高效地挖掘高铁列控系统复杂运营场景中潜在的风险耦合规则。

技术领域

本发明涉及轨道交通安全领域，具体为一种高铁列控系统复杂运营场景的风险耦合分析方法。

背景技术

高速铁路列车运行控制系统，简称列控系统，是保证列车高速安全运行的核心技术装备和安全苛求系统，是保证高速列车安全、正点、舒适、高密度不间断运行的重要技术手段。与传统信号系统相比，列控系统的软硬件高度集成，子系统间深度耦合，在系统组成、功能逻辑、状态迁移以及交互行为等方面更加复杂。因此，列控系统的危险致因机理也演变的越加复杂。而一旦列控系统出现安全问题，将直接影响高速铁路行车安全，轻则行车中断，重则车毁人亡。

列控系统运营过程中，涵盖了多种复杂的运营场景。在不同运营场景下，列控系统的子系统间具有不同的交互行为，各子系统通过实现不同的功能，共同协作完成列控系统的整个运营场景。然而，由于列控系统的子系统间存在着这种复杂的交互行为与所需要实现的不同的功能逻辑，导致列控系统的运营场景中蕴含高度的风险耦合问题，即：某个子系统产生的故障事件，通过子系统间的复杂交互行为，可以与其它子系统产生的故障事件，以一定的逻辑相互作用、相互耦合，最终导致列控系统产生危险失效，危及行车安全。列控系统运营场景中的风险耦合问题，具有极强的隐蔽性、复杂性和危害性，已成为高铁列控系统安全分析领域亟待解决的问题。

目前，列控系统危险致因辨识及风险分析的研究，主要侧重于子系统内部，利用HAZOP、FMEA等基于线性事件链的系统安全分析方法，结合子系统的半形式化或形式化模型进行危害事件的辨识，以及综合利用FTA、ETA、模糊数学、贝叶斯网络等理论和方法对辨识的危害事件进行风险分析。另外，还有利用基于状态图的系统安全分析方法，通过对系统需求进行解析，定义系统状态及状态迁移，利用SCADE、UPPAAL等形式化建模与验证工具，建立状态图模型，对系统需求进行刻画描述，并采用模型检验的方式对系统状态图模型进行形式化验证，分析系统是否存在潜在的安全隐患。以及，利用基于失效传播的系统安全分析方法，基于分层的思想将系统自上而下划分为不同层次和模块，再利用失效逻辑自下而上针对不同层次模块的失效传播过程进行建模，采用自动化的搜索算法对失效传播过程进行分析。这些方法的缺点：

(1)基于线性事件链的系统安全分析方法得到的主要是带有线性因果关系的系统危险致因。然而，列控系统的风险耦合问题，往往是列控系统子系统中潜在的危险源在一系列复杂的交互作用下互相影响而产生的，它们之间往往并不是简单的线性因果关系，而是呈现出一种涌现的特性，因此，基于线性事件链的系统安全分析方法难以对列控系统的风险耦合问题进行分析；

(2)基于状态图的系统安全分析以及基于失效传播的系统安全分析，在建立模型和分析的过程中比较依赖于专家经验，可能会由于分析人员的不同而得到不同的结果。并且，这两种建模方法建立的模型难以体现连续的物理变化，因此，难以描述列控系统的混成性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全面、系统、高效的高铁列控系统复杂运营场景风险耦合分析方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高铁列控系统复杂运营场景的风险耦合分析方法，包括以下步骤：

S1.在高铁列控系统的技术规范下，利用UML建模技术建立高铁列控系统运营场景的UML模型，包括以下子步骤：