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基于贝叶斯网络的CBTC系统安全分析

作　者: 商晖
导　师: 李开成
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 贝叶斯网络 场景 偏差模型 激励-响应 功能安全分析
分类号: U284.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 137次
引　用: 1次
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内容摘要


在城市轨道交通中采用的基于通信的列车控制系统(CBTC)是一个复杂的运行控制系统,通过硬件与软件的有机的结合完成列车运行中的控制功能,其具有故障模式的多态性、组件的非独立性、功能的偏差性以及时序性等特征,同时此系统的安全受到软件控制因素、人为因素以及间接因素的影响,使得故障树与事件树的分析方法遇到困难。相较于故障树和事件树分析方法,贝叶斯网络在坚实的数学基础上克服了多态性、非独立性、时序性等问题,通过概率图形的方式直观的表示系统元素、组件之间的依赖关系,具有双向推理的性能从而可以进行前向预测分析以及后向的诊断分析。本文主要利用贝叶斯网络的优势,针对CBTC信号系统的特点,将贝叶斯网络的相关理论应用于CBTC的安全分析中,从而将系统涉及的软件问题、人为因素等不确定性与硬件不确定性综合考虑构建贝叶斯网络分析模型。论文从CBTC的系统功能出发,结合常用的功能分析方法和贝叶斯网络的基本理论,提出了基于场景图的贝叶斯网络的安全分析方法；通过确定系统安全考虑因素的目标、消极目标以及对目标的详细场景描述,获得系统特定场景下功能偏差的激励-响应模型,即此场景下的消极场景描述；根据消极场景向贝叶斯网络的映射构建基于场景的贝叶斯网络模型,并将次要场景进行演绎分析而获得主要贝叶斯网络中的条件概率值；根据贝叶斯网络的诊断能力以及网络的计算结果提出相应的缓解消极目标的措施；最后对CBTC的列车安全间隔功能进行了贝叶斯网络的分析,分析结果表明,列车安全间隔功能满足CBTC的安全设计要求。本文提出的基于场景图的贝叶斯网络的安全分析方法不仅适用于分析CBTC的列车安全间隔功能,也适用于CBTC的其他功能安全分析。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1. 绪论  10-20
  1.1. 轨道交通安全分析  10-15
    1.1.1. 轨道交通安全分析标准及准则  10-12
    1.1.2. 轨道交通安全分析方法  12-15
  1.2. 研究意义  15-19
    1.2.1. 常用方法在CBTC安全分析中的局限性  15-17
    1.2.2. 贝叶斯网络用于轨道交通安全分析中的优势  17-18
    1.2.3. 贝叶斯网络的研究现状  18-19
  1.3. 主要研究内容  19-20
2. 贝叶斯网络理论基础  20-31
  2.1. 基本介绍  20-22
    2.1.1. 基本概念  20-21
    2.1.2. 置信传递原理  21-22
  2.2. 功能和性质  22-30
    2.2.1. 贝叶斯网络的双向推理  23-24
    2.2.2. 贝叶斯网络的学习  24-30
  2.3. 本章小结  30-31
3. 基于场景的贝叶斯网络安全分析方法  31-47
  3.1. 基于场景的贝叶斯网络安全分析方法概述  31-32
  3.2. 安全考虑因素  32-37
    3.2.1. 安全目标  33
    3.2.2. 消极目标  33-34
    3.2.3. 系统积极场景  34-35
    3.2.4. 消极场景  35-37
  3.3. 系统组合偏差模型  37-40
  3.4. 基于场景的贝叶斯网络构建  40-45
    3.4.1. 构建基于场景的贝叶斯网络结构  41-42
    3.4.2. 组合偏差模型的条件概率定义  42-45
  3.5. 缓解措施的设计决策  45
  3.6. 本章小结  45-47
4. 案例分析  47-77
  4.1. CBTC主要功能  47-53
    4.1.1. 安全目标/功能  47-50
    4.1.2. "列车安全间隔"的消极目标  50-53
  4.2. CBTC中列车安全间隔的运行场景  53-58
    4.2.1. 积极场景  53-54
    4.2.2. 消极场景  54-58
  4.3. 列车安全间隔的贝叶斯网络模型  58-76
    4.3.1. 贝叶斯网络结构  58-61
    4.3.2. 条件概率表  61-73
    4.3.3. 概率计算结果  73-75
    4.3.4. 缓解措施  75-76
  4.4. 本章小结  76-77
5. 结论和展望  77-79
  5.1. 结论  77-78
  5.2. 展望  78-79
参考文献  79-82
表索引  82-83
图索引  83-85
作者简历  85-87
学位论文数据集  87

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 铁路通信、信号 > 铁路信号 > 区间闭塞与机车信号系统 > 列车运行自动化
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