系统安全突变与风险曲线研究

发布时间：2018-02-17 05:57

  本文关键词： 系统安全性 尖点突变 系统风险 风险场　出处：《北京交通大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在运行阶段对系统的安全状态进行动态监控能够有效地避免事故的发生。通过对系统各部分的运行状态进行时间尺度足够小的观测可以近似了解系统安全性的连续变化。针对系统运行阶段的安全性,本文分析了系统安全突变,并研究了系统风险曲线。本文应用突变理论中的尖点突变,构建了系统安全突变模型,用以描述系统安全性在运行阶段的连续变化过程,并强调系统安全在临近事故发生前或在事故发生瞬间所呈现出的突变。以列控系统为例,通过论述该系统安全性在运行阶段的连续变化过程具备尖点突变过程的五点内在特性,即双模态、突变、滞后、不可达和分歧,本文定性验证了系统安全突变模型。利用该模型所对应流形的微分方程,以甬温铁路事故中系统安全的动态过程作为研究对象,通过对该事故演化过程中系统安全性的连续变化进行量化分析,本文又定量验证了系统安全突变模型。根据系统安全突变模型,本文在动态层面扩展了系统风险的数学定义,将系统安全的动态特性以及突变特性融入其中。本文对系统风险进行定义的微分方程具有风险函数所应涵盖的五个因素,说明了系统风险的动态层面数学定义具有理论正确性。根据系统风险的动态层面数学定义,本文推导出了影响系统风险连续变化的内风险场和外风险场的存在,以全新的概念论述了系统风险发生连续变化的原理。根据系统风险的动态层面数学定义和风险场的概念,本文推导了系统风险曲线。论文的主要创新点如下:(1)构建了系统安全突变模型,用以描述运行阶段系统安全性的连续变化过程,并突显在临近事故发生前或在事故发生瞬间系统安全的突变。以列控系统为例,通过论述系统安全性在运行阶段的连续变化过程具备五点突变特性,定性验证了系统安全突变模型。应用该安全性分析模型所对应的微分方程,对甬温铁路事故中列控系统整体安全性的连续变化过程进行量化分析,又定量地验证了系统安全突变模型。(2)在动态层面扩展了系统风险的数学定义,利用微分流形理论将系统安全的动态特性以及突变特性融入到系统风险的动态层面数学定义中。系统风险的动态层面数学定义对应的微分方程涵盖风险函数的五个基本因素,说明了系统风险的动态层面数学定义本身具有理论正确性。(3)推导出了风险场的存在,其包含内风险场和外风险场,并以风险边界划分内、外场。风险场的概念能够以全新的视角来阐述系统风险连续变化的原理。(4)推导了系统风险曲线。基于系统风险的动态层面数学定义和风险场的概念,推导出了一种可以描述事故演化过程中系统风险连续变化趋势的曲线,在理论上直接推导了本文所提出的系统风险曲线。
[Abstract]:Dynamic monitoring of the safety state of the system during the operation phase can effectively avoid the occurrence of accidents. By observing the running state of each part of the system at a small enough time scale, the connection of system security can be approximately understood. Continuous changes. For system runtime security, In this paper, the system safety catastrophe is analyzed, and the system risk curve is studied. By using the cusp mutation in the catastrophe theory, the system safety catastrophe model is constructed to describe the continuous change process of the system security in the running phase. It also emphasizes the sudden change of the system safety before or at the moment of the accident. Taking the train control system as an example, it is discussed that the continuous variation process of the system safety in the operation stage has five inherent characteristics of the cusp mutation process. In this paper, the system safety catastrophe model is qualitatively verified. Using the differential equation of manifold corresponding to the model, the dynamic process of system safety in Yong-Wen railway accident is taken as the research object. Based on the quantitative analysis of the continuous changes in system security during the evolution of the accident, this paper quantitatively verifies the system safety catastrophe model. According to the system safety catastrophe model, this paper extends the mathematical definition of system risk at the dynamic level. In this paper, the differential equation which defines the system risk has five factors which should be covered by the risk function. The dynamic level mathematical definition of system risk is theoretically correct. According to the dynamic level mathematical definition of system risk, the existence of internal risk field and external risk field that influence the continuous variation of system risk is deduced in this paper. This paper discusses the principle of continuous change of system risk with a new concept, according to the mathematical definition of dynamic level of system risk and the concept of risk field, In this paper, the system risk curve is derived. The main innovation of this paper is as follows: 1) the system security catastrophe model is constructed to describe the continuous change process of the system security in the running phase. It also highlights the sudden change of system safety before or at the moment of the accident. Taking train control system as an example, it is discussed that the continuous variation process of system safety in operation stage has five point mutation characteristics. The system safety catastrophe model is verified qualitatively, and the continuous variation process of the whole safety of train control system in Yongwen railway accident is analyzed quantitatively by using the differential equation corresponding to the safety analysis model. It is also quantitatively verified that the system safety catastrophe model. 2) extends the mathematical definition of system risk at the dynamic level. By using the differential manifold theory, the dynamic characteristics of system security and the catastrophe characteristics are incorporated into the dynamic level mathematical definition of system risk. The differential equation corresponding to the dynamic level mathematical definition of system risk covers five basic factors of risk function. It is shown that the mathematical definition of dynamic level of system risk is theoretically correct. (3) the existence of risk field is deduced, which includes the internal risk field and the external risk field, and divides the risk field into the internal risk field and the outer risk field according to the risk boundary. The concept of outfield. The concept of risk field can explain the principle of continuous change of system risk from a new angle.) the curve of system risk is derived. Based on the mathematical definition of dynamic level of system risk and the concept of risk field, A kind of curve which can describe the continuous change trend of system risk in the course of accident evolution is derived, and the system risk curve proposed in this paper is derived directly theoretically.
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U298

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本文编号：1517381