[发明专利]基于拓扑综合重要度的高速铁路系统关键环节集辨识方法

权利要求书

1.一种基于拓扑综合重要度的高速铁路系统关键环节集辨识方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤(1)：从高速铁路装备-环境-人-管理四个系统出发，根据高速铁路系统的物理、电气和信息组成关系，构建高速铁路系统的多重多粒度网络模型；S＝{S¹,S²,S³,S⁴}；

步骤(2)：在建立的网络模型基础上，计算出各节点的功能维度指标K^func，节点s的功能维度指标由网络的功能度、功能接近中心性、功能网络效率和功能节点介数四项指标综合形成；

步骤(3)：在建立的网络模型的基础上，计算出各节点的风险维度指标K^risk，节点s的风险维度指标由网络的风险度、风险接近中心性、风险网络效率和风险节点介数四项指标综合形成；

步骤(4)：针对节点s，综合和的重要度排序结果，累加两项指标值，得到节点s的综合重要度值将综合重要度值大于设定的重要度阈值的所有节点构成高速铁路系统关键环节集；

包括的步骤(2)具体包括：

节点s的功能维度指标的计算公式如下：

3.1.节点s的功能度的计算公式为：m是节点的个数,其中a_st是邻接矩阵中第s行t列的值，邻接矩阵是一个以数字1、0表示节点之间相邻关系的矩阵，1代表两个节点有边直接相连，否则为0；ω_s表征节点s功能重要程度的系数，通过专家打分法确定，打分以环节对于列车完成运营功能中的重要程度为评分标准；描述的是部件s在系统完成功能过程中所发挥作用的重要程度，节点的值越大，说明该节点所代表的环节本身在网络拓扑连接中对保障列车运营功能越重要；

3.2.节点s的功能接近中心性的计算公式为：其中d_st是节点s和节点t之间的最短路径，取需要经过的最少的边数目，当两节点不连通时，最短路径取当前网络的最大路径长度；描述的是部件s在系统完成功能过程中所处位置的中心程度，节点的值越大，说明该节点所代表的环节在列车完成运营功能过程中，其功能中心度越高，部件本身也越重要；

3.3.节点s的功能网络效率的计算公式为：定义网络效率为去掉第s个节点的值，即删除网络中一个节点并计算此时的网络效率值；描述的是部件s在系统完成功能过程中，通过网络效率变化所体现的该节点的重要程度，事实上去掉任何节点，网络效率都将变差；去掉节点s后，值越小，说明节点对应的环节对保障功能连通性越重要；

3.4.节点s的功能节点介数的计算公式为：其中σ_ab(s)是经过节点s的从a→b的最短路径数目，σ_ab是从a→b的最短路径数目；描述的是部件i在系统完成功能过程中，作为桥梁作用的重要程度；节点的越大，说明节点对应的环节在列车实现功能时，充当中介的次数越高，环节本身也越重要；

3.5.用向量规范法计算得到规范决策矩阵Z：其中，I_sx为节点s指标x的值；对于节点的功能维度指标，包括度、接近中心性、网络效率和节点介数四项，I_sx根据x值的不同，依次为

3.6.构造加权规范矩阵Y：y_sx＝μ_x*z_sx，其中μ_x是指标x的权重，这里取四项指标权重相同；

3.7.确定理想解y^*和负理想解y⁰，网络效率具有成本型属性，其他三项指标具有效益型属性，即：

3.8.计算到理想解与负理想解的距离：

3.9.计算与理想解的接近程度将该值作为根据节点s的功能维度指标得到的节点重要度，该节点重要度值越大则节点所对应的环节在列车实现功能的过程中越重要；

包括的步骤(3)具体包括：

4.1.节点s的风险度的计算公式为：其中p_s表征节点s发生故障频率的系数，通过故障数据统计得到；l_s表征节点s失效之后对列车运行造成影响的严重程度，以列车需要临时停车时整车所处性能状态为判断依据，100分为最佳状态，通过历史运营数据得到；描述的是在考虑环节i自身失效的可能性大小以及失效的严重程度时，影响的邻节点数目；节点s的相邻节点越多，说明该节点对应的环节发生故障后，影响范围越广；节点s的p_s以及l_s值越大，说明节点越容易发生故障，且影响越恶劣；

4.2.节点s的风险接近中心性的计算公式为：其中，是节点s和节点t之间考虑网络风险权重后的最短路径，取风险权重和最小的路径，当两节点不连通时，最短路取当前网络的最大路径长，则其中，a,b,c表示最短路径上的点，q_sa表征节点s失效后，对节点a的影响程度，通过历史运营数据得到；描述的是考虑部件i自身失效的可能性大小以及失效的严重程度时，在网络中处于不同位置的节点的重要程度，值越大说明该节点发生故障后，将受到节点s影响的部件的范围越广；

4.3.节点s的风险网络效率的计算公式为：定义为去掉节点s的网络效率；描述的是考虑部件s自身失效的可能性大小以及失效的严重程度时，去掉节点s网络效率的变化；节点风险网络效率越小，说明该节点发生故障后，网络效率变化越大，也说明该环节越重要；

4.4.节点s的风险节点介数的计算公式为：其中是经过节点s的从a→b的考虑网络风险权重的最短路径数目，是从a→b的考虑网络风险权重的最短路径数目；描述的是考虑部件s自身失效的可能性大小以及失效的严重程度时，拥有“桥梁”作用节点的重要程度，越大，说明该节点发生故障后，将受到节点s影响的越多，节点对应的环节越重要；

4.5.用向量规范法计算规范决策矩阵Z；

4.6.构造加权规范矩阵Y；

4.7.确定理想y^*和负理想解y⁰；

4.8.计算到理想解与负理想解的距离；

4.9.计算与理想解的接近程度将该值作为根据节点s的风险维度指标K^risk得到的节点重要度，该值越大则节点在网络中越重要，节点所对应的环节本身越重要。