一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了鐵路貨物運輸系統(tǒng)領域的一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物運輸系統(tǒng)評估方法，用以解決目前鐵路貨物運輸系統(tǒng)研究中存在的問題。該方法包括：首先獲取系統(tǒng)的所有事件、每個事件的狀態(tài)，以及所有事件狀態(tài)發(fā)生的概率；其次，構建事件樹模型；再次，對事件樹模型進行添加事件狀態(tài)、刪除事件狀態(tài)和調整事件樹大小等操作；最后，根據(jù)實際工業(yè)情況，設置某一閾值，事件樹模型中安全運行概率小于某一閾值時，進行維修或維護。針對目前鐵路貨物傳輸系統(tǒng)中事件樹模型多為二值狀態(tài)，不能有效描述事件實際狀態(tài)的局限性，本發(fā)明提出的多分支事件樹模型這樣更好地描述事件的實際狀態(tài)，更有利于系統(tǒng)安全性、可靠性評估。
【專利說明】一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路貨物傳輸系統(tǒng)領域，特別涉及一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)、油氣鉆井業(yè)、航海航空業(yè)、鐵路系統(tǒng)等中，安全是至關重要的，包括人員安全、設備安全，所以對風險進行分析，采取積極的安全防護措施是保障安全、降低風險的有效方法。對系統(tǒng)中潛在風險或者薄弱環(huán)節(jié)做風險分析，將潛在風險逐步轉化為事故的演化邏輯以圖形的方式展示出來，事件樹是最佳選擇方法。
[0003]事件樹分析(Event Tree Analysis, ETA)起源于決策樹分析(DTA),它是一種按事故發(fā)展的時間順序由初始事件開始推論可能的后果，從而進行危險源辨識的方法。一起事故的發(fā)生，是許多原因事件相繼發(fā)生的結果，其中，一些事件的發(fā)生是以另一些事件首先發(fā)生為條件的，而一事件的出現(xiàn)，又會引起另一些事件的出現(xiàn)。在事件發(fā)生的順序上，存在著因果的邏輯關系。
[0004]事件樹分析法是一種時序邏輯的事故分析方法，它以一初始事件為起點，按照事故的發(fā)展順序，分成階段，每一事件可能的后續(xù)事件逐步向結果方面發(fā)展，直到達到系統(tǒng)故障或事故為止。所分析的情況用樹枝狀圖表示，故叫事件樹。它既可以定性地了解整個事件的動態(tài)變化過程，又可以定量計算出各階段的概率，最終了解事故發(fā)展過程中各種狀態(tài)的發(fā)生概率。
[0005]狹義事件樹的子事件是二值型的，取完全對立的兩種狀態(tài)(成功或失敗，正?；蚬收?，安全或危險等)，即每一種狀態(tài)只有一個兄弟狀態(tài)；廣義事件樹則子事件是多值的，可以有多種狀態(tài)，即每一種狀態(tài)有多個兄弟狀態(tài)，因此樹會變得更復雜更龐大，能包含更多的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提出一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法，用以解決目前鐵路貨物傳輸系統(tǒng)研究中存在的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術方案是，一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法，
[0008]假設1:物料輸送系統(tǒng)中各個事件狀態(tài)的發(fā)生都是由硬件老化或失效等自然因素引起的；
[0009]假設2:事件樹模型中，每個狀態(tài)節(jié)點的水平寬度為W，子狀態(tài)節(jié)點與父狀態(tài)節(jié)點的垂直高度為H ；
[0010]其特征是所述方法包括下列步驟:
[0011]步驟1:獲取物料輸送系統(tǒng)中的所有事件、每個事件的所有狀態(tài)以及每個狀態(tài)發(fā)生的概率；[0012]步驟2:根據(jù)步驟I提供的事件狀態(tài)及其發(fā)生的概率繪制事件樹模型，具體包括:
[0013]步驟21:確定新狀態(tài)節(jié)點的始末端點坐標
[0014]如果參考狀態(tài)節(jié)點沒有孩子狀態(tài)節(jié)點，則新狀態(tài)節(jié)點起點的橫、縱坐標為參考狀態(tài)節(jié)點終點的橫、縱坐標，新狀態(tài)節(jié)點終點的橫坐標為參考節(jié)點終點的橫坐標加W，終點的縱坐標為參考節(jié)點終點的縱坐標；如果參考狀態(tài)節(jié)點有孩子狀態(tài)節(jié)點，則新狀態(tài)節(jié)點的起點的橫坐標為參考狀態(tài)節(jié)點終點的橫坐標，終點的橫坐標為參考狀態(tài)節(jié)點橫坐標加W，起點和終點的縱坐標為參考狀態(tài)節(jié)點所有后代節(jié)點中最小孩子狀態(tài)節(jié)點起點的縱坐標加H，其中，縱坐標最大的孩子狀態(tài)節(jié)點為最小孩子狀態(tài)節(jié)點；
[0015]步驟22:變化所有已有狀態(tài)節(jié)點的橫、縱坐標
[0016]所有已有的狀態(tài)節(jié)點的橫坐標不做任何變化,只有縱坐標變化；參考狀態(tài)節(jié)點的所有兄弟狀態(tài)節(jié)點中，縱坐標大于參考狀態(tài)節(jié)點縱坐標的狀態(tài)節(jié)點及其子孫后代狀態(tài)節(jié)點的縱坐標加H，小于的則減H ;每個兄弟狀態(tài)節(jié)點向后搜索直到后代中沒有孩子為止；遍歷所有的后代狀態(tài)節(jié)點，參考狀態(tài)節(jié)點的坐標不變，將參考狀態(tài)節(jié)點作為新的父狀態(tài)節(jié)點，按上述方法做處理，循環(huán)向前遍歷，直到初始狀態(tài)節(jié)點；
[0017]步驟23:重繪
[0018]新狀態(tài)節(jié)點所有信息存入結構體數(shù)組中，每一個狀態(tài)節(jié)點的起點、終點相連,起點與其父狀態(tài)節(jié)點的終點相連，起始狀態(tài)節(jié)點沒有父狀態(tài)節(jié)點，只連接其起點和終點；
[0019]步驟24:計算系統(tǒng)安全運行概率和失效概率
[0020]事件樹中每一條邏輯分支代表一類事故，根據(jù)事故演化過程計算每一條分支的發(fā)生概率，即把邏輯分支上所有節(jié)點的概率相乘；邏輯分支中最后一個狀態(tài)節(jié)點作為參考狀態(tài)節(jié)點，參考狀態(tài)節(jié)點的概率值與I相乘，結果記為P;參考節(jié)點的父節(jié)點作為新參考節(jié)點，概率值與P相乘，依次向前疊乘直到起始節(jié)點，最后計算出的概率P為邏輯分支的發(fā)生概率；對于所有邏輯分支，統(tǒng)計其是否安全運行，并分別計算系統(tǒng)的安全運行概率和失效概率；
[0021]步驟3:對步驟2的事件樹模型，添加狀態(tài)節(jié)點；
[0022]步驟4:對步驟2的事件樹模型，刪除狀態(tài)節(jié)點；
[0023]步驟5:對步驟2的事件樹模型，調整事件樹大小；
[0024]步驟6:結合事件樹模型，對物料輸送系統(tǒng)進行可靠性、安全性評估。
[0025]所述步驟3中對事件樹模型添加狀態(tài)節(jié)點就是某一事件體現(xiàn)出多種狀態(tài)，添加狀態(tài)節(jié)點的方法與步驟2的構建事件樹模型的方法相同。
[0026]所述步驟4中對事件樹模型刪除狀態(tài)節(jié)點具體包括:
[0027]步驟41:統(tǒng)計要刪除狀態(tài)節(jié)點子孫中沒有孩子的狀態(tài)節(jié)點數(shù)目η
[0028]以要刪除狀態(tài)節(jié)點作為參考狀態(tài)節(jié)點，向后遍歷所有后代狀態(tài)節(jié)點，統(tǒng)計后代狀態(tài)節(jié)點中沒有孩子的數(shù)目；
[0029]步驟42:改變未刪除狀態(tài)節(jié)點的橫、縱坐標
[0030]找到要刪除狀態(tài)節(jié)點的兄弟狀態(tài)節(jié)點以及兄弟狀態(tài)節(jié)點的所有子孫狀態(tài)節(jié)點，如果縱坐標大于參考節(jié)點縱坐標,則該兄弟狀態(tài)節(jié)點及其所有后代狀態(tài)節(jié)點的縱坐標都減η*Η，小于則都加η*Η，其中η表示所有要刪除狀態(tài)節(jié)點的后代中沒有孩子的節(jié)點數(shù)目，橫坐標不作任何變化；以參考狀態(tài)節(jié)點的父狀態(tài)節(jié)點作為新的參考狀態(tài)節(jié)點，向前搜索，按上述方法做變化，直到起始節(jié)點；
[0031]步驟43:改變未刪除狀態(tài)節(jié)點的索引號
[0032]遍歷所有未刪除狀態(tài)節(jié)點，統(tǒng)計其前面被刪除狀態(tài)節(jié)點的數(shù)目m，未刪除狀態(tài)節(jié)點的索引號減m，同時改變其父狀態(tài)節(jié)點及兄弟狀態(tài)節(jié)點中關于該狀態(tài)節(jié)點的索引號記錄；
[0033]步驟44:重繪
[0034]所有未刪除節(jié)點索引號、坐標變化后,生成一個新的結構體數(shù)組,結構體數(shù)組中元素間的關聯(lián)性依然確定，將每一個節(jié)點的起點、終點相連，起點與其父狀態(tài)節(jié)點的終點相連；
[0035]步驟45:計算系統(tǒng)安全運行概率和失效概率。
[0036]所述步驟45中計算邏輯分支概率的方法與步驟24相同。
[0037]所述步驟5對事件樹模型，調節(jié)事件樹大小，具體包括:
[0038]步驟51:調整狀態(tài)節(jié)點的橫、縱坐標
[0039]初始狀態(tài)節(jié)點調整變化規(guī)則是:起點橫、縱坐標和終點的縱坐標保持不變，
[0040]終點橫坐標=(終點橫坐標-起點橫坐標)*RW,其中
【權利要求】
1.一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法， 假設1:物料輸送系統(tǒng)中各個事件狀態(tài)的發(fā)生都是由硬件老化或失效的自然因素引起的； 假設2:事件樹模型中，每個狀態(tài)節(jié)點的水平寬度為W，子狀態(tài)節(jié)點與父狀態(tài)節(jié)點的垂直高度為H ； 其特征是所述方法包括下列步驟: 步驟1:獲取物料輸送系統(tǒng)中的所有事件、每個事件的所有狀態(tài)以及每個狀態(tài)發(fā)生的概率； 步驟2:根據(jù)步驟I提供的事件狀態(tài)及其發(fā)生的概率繪制事件樹模型； 步驟3:對步驟2的事件樹模型，添加狀態(tài)節(jié)點； 步驟4:對步驟2的事件樹模型，刪除狀態(tài)節(jié)點； 步驟5:對步驟2的事件樹模型，調整事件樹大小； 步驟6:結合事件樹模型，對物料輸送系統(tǒng)進行可靠性、安全性評估。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法，其特征是所述步驟2具體包括: 步驟21:確定新狀態(tài)節(jié)點的始末端點坐標 如果參考狀態(tài)節(jié)點沒有孩子狀態(tài)節(jié)點，則新狀態(tài)節(jié)點起點的橫、縱坐標為參考狀態(tài)節(jié)點終點的橫、縱坐標，新狀態(tài)節(jié)點終點的橫坐標為參考節(jié)點終點的橫坐標加W，終點的縱坐標為參考節(jié)點終點的縱坐標；如果參考狀態(tài)節(jié)點有孩子狀態(tài)節(jié)點，則新狀態(tài)節(jié)點的起點的橫坐標為參考狀態(tài)節(jié)點終點的橫坐標，終點的橫坐標為參考狀態(tài)節(jié)點橫坐標加W,起點和終點的縱坐標為參考狀態(tài)節(jié)點所有后代節(jié)點中最小孩子狀態(tài)節(jié)點起點的縱坐標加H，其中，縱坐標最大的孩子狀態(tài)節(jié)點為最小孩子狀態(tài)節(jié)點； 步驟22:變化所有已有狀態(tài)節(jié)點的橫、縱坐標 所有已有的狀態(tài)節(jié)點的橫坐標不做任何變化，只有縱坐標變化；參考狀態(tài)節(jié)點的所有兄弟狀態(tài)節(jié)點中，縱坐標大于參考狀態(tài)節(jié)點縱坐標的狀態(tài)節(jié)點及其子孫后代狀態(tài)節(jié)點的縱坐標加H，小于的則減H ;每個兄弟狀態(tài)節(jié)點向后搜索直到后代中沒有孩子為止；遍歷所有的后代狀態(tài)節(jié)點，參考狀態(tài)節(jié)點的坐標不變，將參考狀態(tài)節(jié)點作為新的父狀態(tài)節(jié)點，按上述方法做處理，循環(huán)向前遍歷，直到初始狀態(tài)節(jié)點； 步驟23:重繪 新狀態(tài)節(jié)點所有信息存入結構體數(shù)組中，每一個狀態(tài)節(jié)點的起點、終點相連，起點與其父狀態(tài)節(jié)點的終點相連，起始狀態(tài)節(jié)點沒有父狀態(tài)節(jié)點，只連接其起點和終點； 步驟24:計算系統(tǒng)安全運行概率和失效概率 事件樹中每一條邏輯分支代表一類事故，根據(jù)事故演化過程計算每一條分支的發(fā)生概率，即把邏輯分支上所有節(jié)點的概率相乘；邏輯分支中最后一個狀態(tài)節(jié)點作為參考狀態(tài)節(jié)點，參考狀態(tài)節(jié)點的概率值與I相乘，結果記為P ;參考節(jié)點的父節(jié)點作為新參考節(jié)點，概率值與P相乘，依次向前疊乘直到起始節(jié)點，最后計算出的概率P為邏輯分支的發(fā)生概率；對于所有邏輯分支，統(tǒng)計其是否安全運行，并分別計算系統(tǒng)的安全運行概率和失效概率。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法，其特征是所述步驟3中對事件樹模型添加狀態(tài)節(jié)點就是某一事件體現(xiàn)出多種狀態(tài)，其方法與步驟2的構建事件樹模型的方法相同。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法，其特征是所述步驟4中對事件樹模型刪除狀態(tài)節(jié)點具體包括: 步驟41:統(tǒng)計要刪除狀態(tài)節(jié)點子孫中沒有孩子的狀態(tài)節(jié)點數(shù)目η以要刪除狀態(tài)節(jié)點作為參考狀態(tài)節(jié)點，向后遍歷所有后代狀態(tài)節(jié)點，統(tǒng)計后代狀態(tài)節(jié)點中沒有孩子的數(shù)目； 步驟42:改變未刪除狀態(tài)節(jié)點的橫、縱坐標 找到要刪除狀態(tài)節(jié)點的兄弟狀態(tài)節(jié)點以及兄弟狀態(tài)節(jié)點的所有子孫狀態(tài)節(jié)點，如果縱坐標大于參考節(jié)點縱坐標，則該兄弟狀態(tài)節(jié)點及其所有后代狀態(tài)節(jié)點的縱坐標都減η*Η,小于則都加η*Η，其中η表示所有要刪除狀態(tài)節(jié)點的后代中沒有孩子的節(jié)點數(shù)目，橫坐標不作任何變化；以參考狀態(tài)節(jié)點的父狀態(tài)節(jié)點作為新的參考狀態(tài)節(jié)點，向前搜索，按上述方法做變化，直到起始節(jié)點； 步驟43:改變未刪除狀態(tài)節(jié)點的索引號 遍歷所有未刪除狀態(tài)節(jié)點，統(tǒng)計其前面被刪除狀態(tài)節(jié)點的數(shù)目m，未刪除狀態(tài)節(jié)點的索引號減m，同時改變其父狀態(tài)節(jié)點及兄弟狀態(tài)節(jié)點中關于該狀態(tài)節(jié)點的索引號記錄； 步驟44:重繪 所有未刪除節(jié)點索引號、坐標變化后，生成一個新的結構體數(shù)組，結構體數(shù)組中元素間的關聯(lián)性依然確定，將每一個節(jié)點的起點、終點相連，起點與其父狀態(tài)節(jié)點的終點相連；步驟45:計算系統(tǒng)安全運行概率和失效概率。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法，其特征是所述步驟45中計算系統(tǒng)安全運行概率和失效概率的方法與步驟24相同。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法，其特征是所述步驟5中對事件樹模型，調節(jié)事件樹大小，具體包括: 步驟51:調整狀態(tài)節(jié)點的橫、縱坐標 初始狀態(tài)節(jié)點調整變化規(guī)則是:起點橫、縱坐標和終點的縱坐標保持不變， 終點橫坐標=(終點橫坐標-起點橫坐標)*RW，其中= ，為寬度變化因子，Wrew



W其為調整后的狀態(tài)節(jié)點水平寬度， 其他狀態(tài)節(jié)點變化規(guī)則: 起點的橫坐標=父節(jié)點終點的橫坐標， 起點的縱坐標=(起點縱坐標-父節(jié)點的終點縱坐標)*rh+父節(jié)點的終點縱坐標,其中，= %^為垂直高度變化因子，Hnrat為調整后的狀態(tài)節(jié)點與父狀態(tài)節(jié)點的垂直高度，
H 終點的橫坐標=(終點橫坐標-起點橫坐標)*RW+變化后起點的橫坐標， 終點的縱坐標=(起點縱坐標-父節(jié)點的終點縱坐標)*Rh+父節(jié)點的終點縱坐標； 步驟52:重繪 結構體數(shù)組中狀態(tài)節(jié)點索引號不變，狀態(tài)節(jié)點的起點、終點坐標發(fā)生變化。將起點和終點相連，起點和父狀態(tài)節(jié)點的終點相連。這樣事件樹就可以任意放大或者縮小。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多分支事件樹繪制的鐵路貨物傳輸系統(tǒng)評估方法，其特征是所述步驟6中對物料輸送系統(tǒng)進行安全性評估，具體包括: 步驟61:根據(jù)工業(yè)實際情況設定安全性依據(jù)，給出安全度參考閾值； 步驟62:對于每個物料輸送系統(tǒng)，通過事件樹評估模型總結計算系統(tǒng)安全運行的概率和失效概率； 步驟63:安全運 行概率小于某一安全度參考閾值時，進行維修或維護，而安全運行概率也可作為系統(tǒng)裝置安全性預測的參考依據(jù)。
【文檔編號】G06Q50/28GK103985027SQ201410212129
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權日:2014年5月19日
【發(fā)明者】鄭偉, 任德旺, 孔維杰, 王睿, 楊凌云, 王鎮(zhèn), 李桃 申請人:北京交通大學