基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法。该方法主要包括评估列控系统中各个子系统的弹复力水平，确定所述列控系统中弹复能力最差的子系统；对所述弹复能力最差的子系统的可靠性进行评估，结合历史故障数据分析子系统中各个模块分别失效时对子系统的可靠性的影响；根据对弹复能力最差的子系统的可靠性评估结果，确定弹复力在弹复过程中的作用时机，制定出具体的故障恢复策略。本发明实施例提出了一种基于列控系统弹复力效应的列控系统故障恢复体系框架，可以解决列控系统故障恢复过程中面临的系统功能和性能渐变过程的优化问题，可以有效地提高列控系统响应故障的能力。
【专利说明】
基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法
技术领域
[0001] 本发明涉及列控系统故障恢复技术领域，尤其涉及一种基于弹复力效应的列控系 统故障恢复方法。
【背景技术】
[0002] 弹复力一词最早来源于拉丁语"resalire"，意指"弹回、复原"。它来自物理科学领 域，其物理性质是弹簧发生弹性形变所存储的弹性势能。早期弹复力主要应用在生态学、心 理学等领域。之后弹复力开始应用于工业领域，它逐渐成为衡量系统响应压力的能力指标。
[0003] 现在弹复力研究工程已经发展成为评估和管理安全性和可靠性的重要领域。国外 的一些专家学者认为弹复力工程是以增强可靠性为目的，结合系统工程、组织理论、系统性 能和人为因素测量的一个新兴领域;也有专家认为弹复力工程不同于以往传统的风险理论 方法，它是测量系统对风险的感知能力，进而管理风险。总之，随着弹复力理论在各个领域 的应用，弹复力的思想开始广泛传播，弹复力逐渐发展成为可靠性评估中重要的功能指标， 反映了系统响应故障的能力。
[0004] 目前，交通运输系统是应用弹复力工程的一个重要领域。在运输领域中，弹复力工 程通过研究和设计系统的参数，确保系统无论在正常还是极端的环境中运行在正常水平。 当发生意外事件时，系统的弹复力能够使系统响应干扰或者中断，重新获得平衡状态并返 回到正常操作，从而提高了系统的可靠性。对于交通运输领域的弹复力分析，首先需要分析 系统的物理结构，识别出弹复能力最差的子系统和重要子模块。这是因为系统在运行过程 中，一旦遭遇突如其来的干扰或者压力，这些模块或子系统是最有可能出现故障或失效的 环节，从而影响整个系统的正常运行。其次是评估系统运输水平。从物理结构和操作层面来 描述系统的性能是进行弹复力评估的基础。
[0005] 列控系统是列车运行控制系统的简称，它是铁路运输的核心部分，对列控系统进 行故障检测、制定故障恢复的视情维修策略是提高列控系统安全和运行效率的有效措施， 因此，列控系统故障恢复策略的研究对于高速铁路运输具有重要意义。由于列控系统的结 构复杂，所以在运行过程中对自身内部因素及外部环境的敏感性强，任何微小的故障或隐 患若不能被实时诊断出来并且进行有效处理，都有可能引发连锁反应进而造成行车事故， 甚至导致影响巨大的灾难性后果。但是运行期中极端情况对系统的干扰和故障无法预测也 无可避免，所以需要对运行过程中的列控系统的可靠性进行分析。
[0006] 传统的列控系统的可靠性分析主要在于事先的分析和事后的评估，没有考虑系统 在运行期的特点，不能对系统运行过程中的可靠性进行分析。
【发明内容】
[0007] 本发明的实施例提供了一种基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，以提高列 控系统响应故障的能力。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
[0009] 一种基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，建立了一种基于弹复力效应的列 控系统故障恢复体系框架，该框架包含列控系统弹复力评估模型、列控系统的子系统可靠 性评估模型、故障恢复策略，所述方法具体包括：
[0010]列控系统弹复力评估模型，将弹复力效应应用到列控系统响应故障的能力中，评 估列控系统中各个子系统的弹复力水平，确定所述列控系统中弹复能力最差的子系统；
[0011] 列控系统的子系统可靠性评估模型，对所述列控系统中弹复能力最差的子系统的 可靠性进行评估，结合历史故障数据分析子系统中各个模块分别失效时对子系统的可靠性 的影响；
[0012] 故障恢复策略，根据对弹复能力最差的子系统的可靠性评估结果，确定弹复力在 弹复过程中的作用时机，制定出具体的故障恢复策略。
[0013] 进一步地，所述的列控系统弹复力评估模型，将弹复力效应应用到列控系统响应 故障的能力中，包括：
[0014] 所述列控系统弹复力评估模型通过对历史故障数据的分析得出列控系统发生的 故障类型及规律，制定出列控系统的弹复力评估指标，该弹复力评估指标包括修复时间、影 响列车数和故障频度，修复时间是指列控系统从故障恢复到正常运行状态所需的时间，影 响列车数是指当列控系统发生故障后对列车运行影响程度的大小，故障频度是指在一定时 间内列控系统发生故障的次数；
[0015] 进一步地，所述的评估列控系统中各个子系统的弹复力水平，确定所述列控系统 中弹复能力最差的子系统，包括：
[0016] 根据弹复力评估指标，结合历史故障数据，采用模糊综合评价方法对列控系统的 各子系统的弹复能力进行评估，确定列控系统中弹复能力最差的子系统，所述弹复力是指 系统从运行正常状态，经历突发干扰中断后恢复到稳定状态这一过程的响应能力。
[0017] 进一步地，所述的根据弹复力评估指标，结合历史故障数据，采用模糊综合评价方 法对列控系统的各子系统的弹复能力进行评估，包括；
[0018] (1)确定评估对象：{联锁(P1)，列控中心(P2)，调度集中(P3)，地面电子单元(P4)， 车载设备(P5)，GSM_R网络(P6)};
[0019] (2)确定弹复力评估指标：{故障频度讲，修复时间μ2,影响列车数μ3};
[0020] (3)确定评语集和对应的评语分数；
[0021] (4)统计历史故障数据，确定每个弹复力评估指标在相应的评语集中所占的比例， 将该比例作为弹复力评估指标的评价结果，得到每项弹复力评估指标相对于评语集的隶属 度矩阵R;
[0022] (5)确定各个弹复力评估指标的权重，根据各个评估指标的权重组成权重矩阵为 Α；
[0023] (6)根据模糊综合评价模型，按照公式B=A*R计算得出综合评价矩阵B;
[0024] (7)根据评语分数矩阵G，按照公式P = B*G计算出各子系统弹复能力的大小。
[0025] 进一步地，所述的列控系统的子系统可靠性评估模型对所述列控系统中弹复能力 最差的子系统的可靠性进行评估，结合历史故障数据分析子系统中各个模块分别失效时对 子系统的可靠性的影响，包括：
[0026] 采用离散时间贝叶斯网络建立列控系统的子系统可靠性评估模型，该评估模型通 过分析历史故障数据，来确定所述离散时间贝叶斯网络的根节点的先验概率、各模块的失 效率λ和离散时间贝叶斯网络的部分先验概率分布，设定任务时间T的大小，结合历史故障 数据分析子系统中各个模块分别失效时对子系统的可靠性的影响。
[0027] 进一步地，所述的根据对弹复能力最差的子系统的可靠性评估结果，确定弹复力 在弹复过程中的作用时机，制定出具体的故障恢复策略，包括：
[0028] 所述的弹复过程是系统在运行过程中当系统功能因受到干扰而损伤时，通过冗余 设备或后备方案来对系统进行功能修复，使系统恢复到正常工作状态的过程，包含运行前 期、调整期和运行后期三个阶段，其中，运行前期，系统的各个子系统都正常运行，物理结构 和信息交互过程都正常;调整期，出现了干扰，导致系统的部分功能受到影响无法保证列控 系统的可靠运行;运行后期，通过采用后备方案或是冗余设备，使得系统经调整后基本恢复 到或完全恢复到正常运行状态。
[0029] 进一步地，所述的具体的故障恢复策略包括：
[0030] (1)在列控系统的设计阶段，增加列控系统中部件的冗余度，当有部件出现故障 时，用备份部件代替故障部件；
[0031] (2)在列控系统的运行阶段设置报警机制，根据历史经验，在列控系统可能发生故 障时提前预警；
[0032] (3)建立一套系统故障响应服务体系，在系统发生故障后，根据所述系统故障响应 服务体系处理和解决故障；
[0033] (4)在处理列控系统发生的故障时，优先处理对列控系统功能影响范围最大的故 障。
[0034] 进一步地，所述的列控系统的故障恢复策略还包括:根据车载设备子系统中的部 件对车载设备功能的影响程度，对所述部件采取不同的冗余方式。
[0035] 由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提出了一种基于 系统弹复力效应的列控系统故障恢复体系框架:通过评估列控系统中各个子系统的弹复力 水平，确定所述列控系统中弹复能力最差的子系统;对列控系统中弹复能力最差的子系统 的可靠性进行评估;根据可靠性评估结果，确定弹复力在弹复过程中的作用时机，以制定出 具体的故障恢复策略，从而有效地提高列控系统响应故障的能力。弹复过程是系统在运行 过程中当系统功能因受到干扰而损伤时，通过冗余设备或后备方案来对系统进行功能修 复，使系统恢复到正常工作状态的过程，包含运行前期、调整期和运行后期三个阶段。
[0036] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0037] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
[0038] 图1为本发明实施例提供的一种列控系统故障恢复体系框架示意图；
[0039] 图2为本发明实施例提供的一种列控系统的弹复过程示意图；
[0040] 图3为本发明实施例提供的一种列控系统的各个子系统的弹复力评估流程；
[0041] 图4为本发明实施例提供的一种基于模块失效的车载设备离散时间贝叶斯网络；
[0042] 图5为本发明实施例提供的一种弹复力作用的时机和具体策略示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0044] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式"一"、"一 个"、"所述"和"该"也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措 辞"包括"是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加 一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元 件被"连接"或"耦接"到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在 中间元件。此外，这里使用的"连接"或"耦接"可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞 "和/或"包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0045] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术 语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该 理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意 义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0046] 实施例一
[0047] 传统的可靠性分析主要在于事先的分析和事后的评估，没有考虑系统在运行期的 特点，不能对系统运行过程中的可靠性进行分析。本发明引入了弹复力的概念，与传统可靠 性方法比，弹复力考虑了系统的运行过程中内部的信息交互和对外部环境的信息响应，从 而评估列控系统的性能(包括安全性、可靠性等）。弹复力具有动态性和系统性，适合分析大 型复杂系统的功能失效过程的性能变化。
[0048]本发明实施例建立了一种基于弹复力效应的列控系统故障恢复体系框架，包含列 控系统弹复力评估模型、列控系统的子系统可靠性评估模型、故障恢复策略，列控系统故障 恢复体系框架示意图如图1所示，包括如下的处理过程：
[0049] 所述的列控系统弹复力评估模型，将弹复力效应应用到列控系统响应故障的能力 中，采用模糊综合评价方法建立评估模型，然后根据评估指标并结合历史故障数据对列控 系统的各子系统的弹复力进行评估，评估列控系统中各个子系统的弹复力水平，以确定列 控系统的弹复能力最差的子系统。上述的模糊综合评价方法包括:定义综合评价矩阵、评语 分数矩阵和子系统的弹复力分别为B、G、P，计算公式为:P = B*G，根据计算结果确定列控系 统弹复能力最差的子系统。上述弹复力是指系统从运行正常状态，经历突发干扰中断后恢 复到稳定状态这一过程的响应能力。
[0050] 弹复力评估指标是通过对历史故障数据的分析，得出列控系统发生的故障类型及 规律，进而制定评估指标，该指标包括修复时间、影响列车数，故障频度。修复时间是指系统 从故障恢复到正常运行状态所需的时间，影响列车数是指当列控系统发生故障后对列车运 行影响程度的大小，故障频度是指在一定时间内系统发生故障的次数。
[0051]所述的列控系统的子系统的可靠性评估模型，采用离散时间贝叶斯网络方法对列 控系统中弹复能力最差的子系统的可靠性进行评估，结合历史故障数据分析子系统中各个 模块分别失效时对子系统的可靠性的影响。通过分析历史故障数据，来确定离散时间贝叶 斯网络根节点的先验概率、各模块的失效率λ和离散时间贝叶斯网络的部分先验概率分布， 设定任务时间T的大小，结合历史数据评估子系统的可靠性。
[0052]所述的故障恢复策略，依据对弹复能力最差的子系统的可靠性评估结果确定弹复 力在弹复过程中的作用时机，并制定具体的故障恢复策略。上述恢复策略包括:在系统设计 初期，增加系统中主要部件的冗余度，即当主要部件故障时有替代的部件以保证系统的可 靠运行；在系统的运行阶段设置报警机制，根据历史经验，在系统可能发生故障时提前预 警;在处理系统发生的故障时，优先处理对系统功能影响范围较大的故障。
[0053]所述的弹复过程，是系统在运行过程中当系统功能因受到干扰而损伤时，通过冗 余设备或后备方案来对系统进行功能修复，使系统恢复到正常工作状态的过程，包含运行 前期、调整期和运行后期三个阶段。其中，运行前期，系统的各个子系统都正常运行，物理结 构和信息交互过程都基本正常;调整期，出现了干扰，导致系统的部分功能受到影响无法保 证列控系统的可靠运行;运行后期，通过采用后备方案或是冗余设备，使得系统经调整后基 本恢复到或完全恢复到正常运行状态。
[0054] 实施例二
[0055] 图2为本发明实施例提供的一种列控系统的弹复过程示意图，下面结合图2对列控 系统的弹复过程进行说明。
[0056] 列控系统在运行时不可避免地会发生故障，主要是外部环境和内部系统的故障， 这些故障都会在行车时对系统产生不同程度的干扰。对于一个可靠的系统常常备有冗余设 备或者后备方案来进行系统的功能修复，继续系统的正常操作，系统的这一过程称为弹复 过程。弹复过程正是系统发生故障的阶段，与行车安全切实相关，针对弹复过程的系统做可 靠性分析，将会显著提高剩余寿命预测的准确度。
[0057]如图2所示，系统一开始处于正常工作状态，在tl时刻系统受到一个干扰，造成系 统功能下降，在系统弹复力的作用下，经过调整，在t2时刻可以将系统功能恢复到正常水平 或者基本正常水平。
[0058] 实施例三
[0059]为了验证上述理论的可行性，在构建的基于弹复力效应的列控系统故障恢复体系 框架中设计了列控系统的弹复力评估模型和列控系统的子系统可靠性评估模型。
[0060] 图3为本发明实施例提供的一种列控系统的各个子系统的弹复力评估流程示意 图，下面结合图3对列控系统的各个子系统的弹复力的评估过程进行详细说明。
[0061] 本发明采用模糊综合评价方法建立列控系统的评估模型，通过对历史故障数据的 统计，选择修复时间、影响列车数，故障频度三个参数作为弹复力评价指标，依据评价指标 对列控系统的各个子系统的弹复力进行评估。具体步骤如下：
[0062] (1)确定评估对象：{联锁01)，列控中心(P2)，调度集中(P3)，地面电子单元(P4)， 车载设备(P5)，GSM_R网络(P6)};
[0063] (2)确定弹复力评估指标：{故障频度讲，修复时间μ2,影响列车数μ3};
[0064] (3)确定评语集和对应的评语分数：{很好(4分），好(3分），一般(2分），差(1分）};
[0065] (4)统计历史故障数据，从而确定各弹复力评估指标在相应的评语集中所占的比 例，以此作为该指标的评价结果，最后得到每项指标相对于评语集的隶属度矩阵R;
[0066] (5)确定各个弹复力评估指标的权重，根据各个弹复力评估指标的权重组成权重 矩阵为A。从行车效率和安全方面考虑，故障影响程度较故障次数和修复时间更重要，所以 权重矩阵为 Α={0·25,0·25,0·5};
[0067] (6)根据模糊综合评价模型，按照公式B=A*R计算得出综合评价矩阵B;
[0068] (7)根据评语分数矩阵G，按照公式P = B*G计算出各子系统的弹复力。
[0069]评估结果显示调度集中和地面电子单元的弹复能力最好，即故障响应能力较强； 车载设备的弹复能力最弱。
[0070] 图4为本发明实施例提供的一种基于模块失效的车载设备离散时间贝叶斯网络示 意图，下面结合图4对子系统的可靠性评估模型的具体操作流程进行详细说明。
[0071] 通过前面的分析得出车载设备子系统为列控系统的弹复能力最差的子系统，为了 分析车载设备中各个模块分别失效时对车载设备子系统可靠性的影响，针对车载设备子系 统建立了基于模块失效的车载设备离散时间贝叶斯网络。
[0072] 1.离散时间贝叶斯网络
[0073]离散时间贝叶斯网络是贝叶斯网络在时间上的扩展，一个具有N个节点的离散时 间贝叶斯网络可用~=<<￥，1"3>少>来表示，其中节点代表车载设备的各个模块单元。 在进行车载设备的可靠性计算之前，首先需要分析贝叶斯网络中节点之间的逻辑关系，然 后才能确定节点的条件概率分布。
[0074] (1)单节点
[0075] 假设系统的工作时间为T，将T分为η个区间，则每个时间区间长度为Δ=Τ/η。其中 Χ=[(χ-1) Δ，χΔ )表示X在[(X-I) Δ，χΔ )内失效，0<χ<η。如果Χ=[Τ，00)则表示X在时间 T内没有发生失效，X的失效概率密度函数为fx(t)，得到X的先验概率分布表示如下：
[0076]
[0077]
[0078] ⑵"与"关系
[0079]节点之间如果存在"与"的关系，用"and"连接节点，建立的离散时间贝叶斯网络是 A、B两个节点"与"得到节点C，其中节点C的条件概率分布如下所示：
[0080]
[0081]
[0082]
[0083]
[0084] ⑶"或，，关系
[0085]节点之间如果存在"或"的关系，用"or"连接节点，建立的离散时间贝叶斯网络是 A、B两个节点"或"得到节点C，其中节点C的条件概率分布为：
[0086]
[0087]
[0088]
[0089]
[0090] ⑷"备用"关系
[0091]系统由一个主部件和若干个备件组成，每次只有一个部件工作，其余部件不工作。 当主部件故障时，通过转换装置转换到另一个部件，当第1个备件发生失效后，转换到第2个 备件工作，直到所有部件都故障时，系统才失效。假设备件的休眠因子为α(备用期间失效率 与运行期间失效率之比），备件有冷备件(α = 0)、温备件(0<α<1)和热备件(α = 1)三种类 型。本文以温备件为例，介绍"备用"关系对应的离散时间贝叶斯网络。
[0092] 假设主部件A和备件B的失效率均为λ，Β的休眠因子为α(0<α<1)，则B的条件概率 分布如下：
[0093]
[0094]
[0095]
[0096]
[0097]
[0098]
[0099] Ρ〇〇)Υ)〇〇=Ρ(0 = [T, °°) |A=[T,°°),B=[ (y-1 )Δ ,yA)) = l
[0100] PX)c〇)C〇=P(C = [T, 00) I A = [ (χ-1) A ,χΔ ),B=[T,°°)) = 1
[0101] Pc〇;c〇;c〇=P (C= [T, 00) |A=[T,00),B=[T,00)) = l
[0102] 2.基于离散时间贝叶斯网络的概率计算
[0103] (1)后果概率
[0104] 建立离散时间的贝叶斯网络后，先输入先验概率和联合概率分布，然后计算各个 后果在任务时间T内发生的概率：
[0105]
[0106] 其中节点Ei(l < i 5M-1)对应于离散时间贝叶斯网络的非叶节点，M为网络的节点 数，eie{[0, Δ )，[ Δ，2Δ )，…[(η-1) Δ，ηΔ )，[T，00)}表示事件Ei发生时刻所在的区间。
[0107] (2)后验概率
[0108] 利用离散时间贝叶斯网络，可以得到网络中节点的一些信息，例如观测到某事件 Ej在时间区间[(χ-1) Δ，X Δ )内发生，则事件E1发生的后验概率为：
的区间。
[0113] 建立的离散时间贝叶斯网络中各个符号代表的含义如下:Ε表示车载设备，VC表示 安全计算机，C3CU1表示CTCS-3级控制单元1系，C3CU2表示CTCS-3级控制单元2系，C2CU1表 示CTCS-2级控制单元1系，C2CU2表示CTCS-2级控制单元2系，RTMl表示无线传输模块1系， RTM2表示无线传输模块2系，TCRl表示轨道电路信息读取器1系，TCR2表示轨道电路信息读 取器2系，RLU表示继电器逻辑单元，DMI1表示人机界面1系，DMI2人机界面2系，SDUl表示测 速测距模块1系，SDU2表示测速测距模块2系，BTMl表示应答器接收模块1系，ΒΤΜ2表示应答 器接收t旲块2系。
[0114] 首先根据历史数据，确定离散贝叶斯网络根节点的先验概率，假设车载设备硬件 故障概率分布服从指数分布，则可以得到失效率λ和离散时间贝叶斯网络的部分先验概率 分布;然后确定任务时间1'的值，按照1' 11={[1：()，1：1)，"，[1^-1山），"_[1:11-1，1:11)，[1: 11，00)}对时 间轴进行划分;最后利用MATLAB的贝叶斯网络工具箱计算求出联合概率分布以及车载设备 在运行过程中可靠性。
[0115] 实验结果显示在列车运行过程中，车载设备的每个子模块都可能发生故障，但每 个模块故障时对列车运行的影响程度不同；如无线传输模块，该模块故障时对车载设备的 可靠性影响很小，不会影响行车安全，但会降低行车效率;继电器逻辑单元，该模块故障会 导致车载设备不能采集制动信息，从而失去了安全监控的功能，因此该模块故障会危及行 车安全，所以这种故障应尽量避免。
[0116] 图5为本发明实施例提供的一种弹复力作用的时机和具体策略示意图，下面结合 图5对弹复力的作用时机和具体策略进行说明。
[0117] 系统的弹复过程是在系统受到干扰时发生的，从系统可靠性的角度来看，也就是 当系统的可靠性降低到一定程度，系统的弹复力开始发挥作用使系统的可靠性提高。通过 前面对车载设备的可靠性评估结果，可以确定弹复力在何时会发挥作用，从而保证系统的 正常运行。
[0118] 从缩短故障响应时间，减少故障损失、提高系统恢复水平等方面考虑，具体的功能 改善建议和维修策略如下：
[0119] (1)在系统的设计期，应该增强系统的冗余度，如在列控系统运行过程中某个主要 部件损坏时，需要有替代部件以保证系统的可靠运行。
[0120] (2)根据历史经验，在系统的运行阶段，设置一套消息报警机制，对于可能遇到的 干扰采取提前预警。
[0121] (3)建立一套系统故障响应服务体系，在系统发生故障后可以快速的处理和解决 故障，以保障系统可靠运行。
[0122] (4)故障发生的情况下，优先对故障影响范围大的部件或子系统进行故障排除，减 小故障对系统功能的影响，使系统可以尽快恢复到正常状态。
[0123] 车载设备的重要硬件部分采取冗余的方式，对于严重影响车载设备功能的部件采 取了冷备冗余结构，对于影响程度较低的部件采取了热备冗余结构。CTCS3-300H型车载设 备的人机界面、应答器信息接收单元采用了冷备冗余结构，无线传输模块、轨道电路信息读 取器采用了热备冗余结构。由于C2系统的可靠性高于C3系统，车载设备中C2作为C3的后备 系统。
[0124] 假设无线传输模块在某个时间点发生故障，车载设备和地面设备无法完成通信， 则C3控车模式不能完成，此时系统自身的弹复力开始发挥作用，即C3控车模式下有C2控车 模式作为后备系统，列车会采用不停车降级运行的措施，因此保证列车的可靠运行。
[0125] 系统运行过程中，通过可靠性实时计算发现车载设备的可靠性突然低于正常水平 范围，若系统判定是应答器接收单元模块1系失效，则提示系统停机切换到2系，即系统通过 自身的弹复能力使其恢复至正常运行状态。
[0126] 设置消息报警系统，提示信息包括两种:一种是外部的突发干扰，有可能引起系统 的失效，对系统进行提示;另一种是内部状态信息的提示，根据各模块的状况分析车载设备 的运行可靠性，当可靠性降低时提示系统。
[0127] 建立车载设备的故障响应服务系统，在车载设备发生失效情况下，给出最佳处理 手段以及可能引发设备失效的原因。如对于热备冗余结构的模块1系发生故障后，系统提示 司机并自动切换到2系，然后告知司机故障处理结果;对于冷备冗余结构的模块1系发生故 障，提示司机"停机并切换到2系运行"；对于异常干扰情况，系统结合历史信息判别可能发 生失效的部件和导致设备故障的原因，并将该信息发送给司机。提供典型的车载设备故障 库及解决方案还可以方便司机了解设备状况并做出决策。这样不但减轻了司机的负担，并 且避免了司机的误判操作，缩短了故障响应时间，提高了故障处理效率。
[0128] 综上所述，本发明实施例提出了一种基于弹复力效应的列控系统故障恢复体系框 架，通过评估列控系统中各个子系统的弹复力水平，确定所述列控系统中弹复能力最差的 子系统，对列控系统中弹复能力最差的子系统的可靠性进行评估，制定出具体的故障恢复 策略，可以解决列控系统故障恢复过程中面临的系统功能和性能渐变过程的优化问题，进 而有效地提尚列控系统响应故障的能力。
[0129] 本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或 流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0130] 通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可 借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质 上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品 可以存储在存储介质中，如R0M/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备 (可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些 部分所述的方法。
[0131] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部 分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或 系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法 实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为 分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或 者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根 据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术 人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0132] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
【主权项】
1. 一种基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，其特征在于，建立了一种基于弹复 力效应的列控系统故障恢复体系框架，该框架包含列控系统弹复力评估模型、列控系统的 子系统可靠性评估模型、故障恢复策略，所述方法具体包括： 列控系统弹复力评估模型，将弹复力效应应用到列控系统响应故障的能力中，评估列 控系统中各个子系统的弹复力水平，确定所述列控系统中弹复能力最差的子系统； 列控系统的子系统可靠性评估模型，对所述列控系统中弹复能力最差的子系统的可靠 性进行评估，结合历史故障数据分析子系统中各个模块分别失效时对子系统的可靠性的影 响； 故障恢复策略，根据对弹复能力最差的子系统的可靠性评估结果，确定弹复力在弹复 过程中的作用时机，制定出具体的故障恢复策略。2. 根据权利要求1所述的基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，其特征在于，所述 的列控系统弹复力评估模型，将弹复力效应应用到列控系统响应故障的能力中，包括： 所述列控系统弹复力评估模型通过对历史故障数据的分析得出列控系统发生的故障 类型及规律，制定出列控系统的弹复力评估指标，该弹复力评估指标包括修复时间、影响列 车数和故障频度，修复时间是指列控系统从故障恢复到正常运行状态所需的时间，影响列 车数是指当列控系统发生故障后对列车运行影响程度的大小，故障频度是指在一定时间内 列控系统发生故障的次数。3. 根据权利要求2所述的基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，其特征在于，所述 的评估列控系统中各个子系统的弹复力水平，确定所述列控系统中弹复能力最差的子系 统，包括： 根据弹复力评估指标，结合历史故障数据，采用模糊综合评价方法对列控系统的各子 系统的弹复能力进行评估，确定列控系统中弹复能力最差的子系统，所述弹复力是指系统 从运行正常状态，经历突发干扰中断后恢复到稳定状态这一过程的响应能力。4. 根据权利要求3所述的基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，其特征在于，所述 的根据弹复力评估指标，结合历史故障数据，采用模糊综合评价方法对列控系统的各子系 统的弹复能力进行评估，包括； (1) 确定评估对象：{联锁(P1)，列控中心(P2)，调度集中（P3)，地面电子单元(P4)，车载 设备(P5)，GSM-R网络(P6)}; (2) 确定弹复力评估指标：{:故障频度μι，修复时间μ2,影响列车数μ3}; (3) 确定评语集和对应的评语分数； (4) 统计历史故障数据，确定每个弹复力评估指标在相应的评语集中所占的比例，将该 比例作为弹复力评估指标的评价结果，得到每项弹复力评估指标相对于评语集的隶属度矩 阵R; (5) 确定各个弹复力评估指标的权重，根据各个评估指标的权重组成权重矩阵为A; (6) 根据模糊综合评价模型，按照公式B=A*R计算得出综合评价矩阵B; (7) 根据评语分数矩阵G，按照公式P = B*G计算出各子系统弹复能力的大小。5. 根据权利要求1所述的基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，其特征在于，所述 的列控系统的子系统可靠性评估模型对所述列控系统中弹复能力最差的子系统的可靠性 进行评估，结合历史故障数据分析子系统中各个模块分别失效时对子系统的可靠性的影 响，包括： 采用离散时间贝叶斯网络建立列控系统的子系统可靠性评估模型，该评估模型通过分 析历史故障数据，来确定所述离散时间贝叶斯网络的根节点的先验概率、各模块的失效率λ 和离散时间贝叶斯网络的部分先验概率分布，设定任务时间Τ的大小，结合历史故障数据分 析子系统中各个模块分别失效时对子系统的可靠性的影响。6. 根据权利要求5所述的基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，其特征在于，所述 的根据对弹复能力最差的子系统的可靠性评估结果，确定弹复力在弹复过程中的作用时 机，制定出具体的故障恢复策略，包括： 所述的弹复过程是系统在运行过程中当系统功能因受到干扰而损伤时，通过冗余设备 或后备方案来对系统进行功能修复，使系统恢复到正常工作状态的过程，包含运行前期、调 整期和运行后期三个阶段，其中，运行前期，系统的各个子系统都正常运行，物理结构和信 息交互过程都正常;调整期，出现了干扰，导致系统的部分功能受到影响无法保证列控系统 的可靠运行;运行后期，通过采用后备方案或是冗余设备，使得系统经调整后基本恢复到或 完全恢复到正常运行状态。7. 根据权利要求6所述的基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，其特征在于，所述 的具体的故障恢复策略包括： (1) 在列控系统的设计阶段，增加列控系统中部件的冗余度，当有部件出现故障时，用 备份部件代替故障部件； (2) 在列控系统的运行阶段设置报警机制，根据历史经验，在列控系统可能发生故障时 提前预警； (3) 建立一套系统故障响应服务体系，在系统发生故障后，根据所述系统故障响应服务 体系处理和解决故障； (4) 在处理列控系统发生的故障时，优先处理对列控系统功能影响范围最大的故障。8. 根据权利要求7所述的基于弹复力效应的列控系统故障恢复方法，其特征在于，所述 的列控系统的故障恢复策略还包括:根据车载设备子系统中的部件对车载设备功能的影响 程度，对所述部件采取不同的冗余方式。
【文档编号】G05B23/02GK105843208SQ201610151120
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】上官伟, 蔡伯根, 王剑, 袁敏, 胡福威, 刘江, 陆德彪
【申请人】北京交通大学