探索地铁综合监控系统可靠性分析方法研究

《探索地铁综合监控系统可靠性分析方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西南交通大学博士学位论文地铁综合监控系统可靠性分析方法研究姓名：于敏申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：钱清泉；何正友201012西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要地铁综合监控系统负责整个地铁中所有设备的监视及控制，是整个地铁系统可靠安全运行的重要保障，其能否有效运行直接关系到地铁的安全稳定运营，从而决定了对地铁综合监控系统可靠性的高要求，系统的可靠性研究成了迫切需要解决的问题。然而，为了使地铁综合监控系统具有更高的性能，随之而来的是系统结构与功能的复杂化，结构的复杂化体现在系

2、统的硬／软件结构、冗余结构的广泛应用及骨干网的复杂拓扑结构等方面，而功能的复杂化体现在系统可以具有多种功能，结构与功能的复杂化无疑使系统可靠性分析难度较大。因此，研究适合于地铁综合监控系统的可靠性评估方法并对系统进行可靠性分析具有重要的理论与应用价值，该研究工作将有助于指导地铁综合监控系统的设计、维护，并为系统的进一步完善奠定基础。论文在对地铁综合监控系统的整体结构、对接入子系统影响、硬／软件与冗余结构及系统存在的模糊性等几个方面进行分析的基础上，建立了相应的系统可靠性模型，通过对模型求解给出用于系

3、统可靠性评估的平均值或稳态可靠性指标、瞬时可靠性指标与模糊可靠性指标。考虑地铁综合监控系统的资源子系统中的工作站、服务器与FEP(FrontEndProcessor，FEP)设备的硬／软件组件的相互作用关系、子系统设备间的不同冗余方式及系统整体结构对地铁综合监控系统进行可靠性分析；同时，针对随机回报网(StochasticRewardNet，SRN)用于复杂系统可靠性分析时的状态空间爆炸及模型的可读性问题，提出适用于地铁综合监控系统可靠性分析的层次SRN(HierarchicalSRN，HSRN)可

4、靠性模型，并证明了层次化过程中的等效性，利用连续时间马尔可夫链(ContinuousTimeMarkovChain，CTMC)对模型进行分析计算，该模型可使模型组件之间的作用关系更清晰并能显著减少系统的状态空间。考虑到地铁综合监控系统的通信子系统中双冗余环网的特殊网络拓扑结构，同时，随着网络节点和链路数目的增加将使可靠性指标的计算量呈指数增长并引起计算的困难，若利用常规的解析法进行可靠性建模与分析超出了计算机的处理能力，基于此，提出了采用动态故障树(DynamicFaultTree，DFT)建立网络

5、子系统的可靠性模型，并利用基于状态数组的MonteCarlo仿真对模型求解，避免了复杂模型求解的状态空间问题，为地铁综合监控系统骨干网的可靠性评估提供了一种有效的办法。研究地铁综合监控系统对其接入子系统可靠性的影响，并考虑当控制器失效时关于监控对象是否继续工作的不同假设对监控对象可靠性的影响，引入了状态相依与功能相依的概念，并给出基于Kronecker代数的考虑组件的状态相依与功能相依的系统可靠性建模过程及常用的可维修系统可靠性指标的计算方法。根据Kronecker积的可分解属性，可将组件的状态转移

6、矩阵分为关于失效与关于维修的两个矩阵，其中，考虑状态相依的关于维修的状态转移矩阵可利用stress矩阵方法生成，考虑功能相依时系统的状态转移矩阵则需利用操作规则来构建；研究了基本结构时考虑状态相依的维修与考虑功能相依的失效对系统可靠性的影响，并建立了以接入子系统中的监控对象为研究对象的可靠性模型。该方法可根据组件的状态转移矩阵直接构建系统可靠性分析时的状态转移矩阵，避免了图形化建模过程，并易于计算机的编程实现。第1I页西南交通大学博士研究生学位论文地铁综合监控系统相关的平均值或稳态可靠性指标可利用上

7、述方法得到，但对于获取与时间相关的可靠性度量则存在局限，故可利用Markov过程建立系统可靠性模型并通过分析得到系统的瞬时可靠性指标。论文建立了地铁综合监控系统中常见的双机热各系统与硬／软件综合系统可靠性分析模型，其中，双机热备系统可靠性模型考虑故障检测以及共因失效对系统的影响，研究失效率、维修率、故障检测率与共因失效因子与系统状态概率及系统达到稳态所需时间的关系。硬／软件综合系统可靠性模型则综合考虑硬件、软件特点以及两者之间的相互作用关系，模型将系统失效分为硬件失效、软件失效与硬／软件结合失效；实

8、际应用中，由于系统的状态数较大，提出利用循环网络方法对Markov状态转移方程进行求解，从而方便地得到系统处于各状态的瞬时概率与稳态概率。在地铁综合监控系统模糊可靠性方面，考虑地铁综合监控系统是实现复杂功能的系统，不能仅用完全故障或完全正常来评价系统的可靠性，为合理定义系统状态，应考虑在系统完全故障与完全正常之间的状态取值是多状态的，从而定义了关于地铁综合监控系统的模糊成功状态与模糊故障状态；并利用基于模糊状态的可靠性理论对地铁综合监控系统资源子系统进行模糊可靠性分析