地铁综合监控系统可靠性分析方法研究

地铁综合监控系统可靠性分析方法研究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。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统可靠性评估的平均值或稳态可靠性指标、瞬时可靠性标与模糊可靠性指标。总的说来，本论文最终构筑了一个获取地铁综合监控系统从平均值或稳态可靠性指标到瞬时可靠性指标再到模糊可靠性指标的可靠性分析框架。关键词:地铁综合监控系统；可靠性分析；混合法；Markov过程；Kronecker:代数性；模糊可靠性Researchonmethodsofreliabilityanalysisforintegratedsupervision&controlsysteminmetroAbstractSubwayIntegratedMonitoringandcontrolsystemforthesubwayallequipmentmonitoringandcontrol,isthereliableoperationofsubwaysystemistheimportantguarantee,theeffectivenessofoperationisdirectlyrelatedtothesafeandstableoperationofsubway,whichdeterminesthereliabilityofMetroIntegratedSupervisoryandcontrolsystemofhighdemand,thesystemreliabilityresearchhasbecomeanurgentneedtosolvetheproblem.Researchonsubwayintegratedmonitoringsystemstructure,theaccesssubsystem,hardware/softwareandredundantnodesandsysteminthepresenceoffuzzinessandsoonseveralaspectsonthebasisoftheanalysis,toestablishthecorrespondingsystemreliabilitymodel,bysolvingthemodelisgivenforevaluatingsystemreliabilityofaverageorsteadystate,transientreliabilityandfuzzyreliabilityindex.Ingeneral,thispaperfinallybuiltaforMetroIntegratedSupervisoryandcontrolsystemfromthemeanvalueorsteadystatereliabilityindextotheinstantaneousreliabilityandfuzzyreliabilityindexreliabilityanalysisframework.KeyWords：Integratedsupervision&controlsysteminmetro；reliabilityanalysis；hybridmethod；Markovprocess；Kroneckeralgebra；fuzzyReliability目录1绪论............................................................(1)1.1课题的提出....................................................(1)1.2地铁综合监控系统概述..........................................(3)1.2.1集成方式....................................................(3)1.2.2系统构成....................................................(3)1.2.3系统功能...................................................(5)1.3地铁综合监控系统可靠性分析面临的问题..........................(6)1.4国内外研究现状................................................(8)1.4.1地铁综合监控系统可靠性问题的研究现状........................(8)1.4.2可靠性分析方法的研究现状....................................(11)1.5研究目标和研究内容............................................(12)1.5.1研究目标与对象.............................................(12)1.5.2主要研究工作................................................(13)2.基于几种系统可靠性的分析研究..................................(14)2.1基于混合法的地铁综合监控系统骨干网可靠性分析..................(14)2.1.1引言........................................................(14)2.1.2混合法用于系统可靠性分析....................................(15)2.1.3地铁综合监控系统骨干网可靠性分析............................(16)2.2基于Kronecker代数的地铁综合监控系统接入子系统可靠性分析研究.(19)2.2.1基本描述...................................................(19)2.2.2小结.......................................................(20)2.3基于Markov过程的系统可靠性分析研究...........................(21)2.3.1引言........................................................(21)2.3.2基于Markov过程的可靠性分析.................................(21)2.3.3小结........................................................(22)3.地铁综合监控系统模糊可靠性研究...............................(22)3.1引言.........................................................(22)3.2基于模糊状态的系统模糊可靠性研究.............................(23)3.3小结.........................................................(27)结论.............................................................(29)致谢.............................................................(31)参考文献.........................................................（32）内蒙古民族大学学士学位论文-1-地铁综合监控系统可靠性分析方法研究1绪论1.1课题的提出地铁的建设能更好地满足人口密集、道路相对溃乏的大中型城市的大众交通需求，其高效、快捷、安全、准时的特点能缓解日益严重的城市交通拥堵现象21，，地铁作为城市轨道交通的重要命脉，其安全稳定运营也就显得尤为重要。我国现有的地铁综合自动化系统按照运营的管理业务划分，一般包括以下自动化系统43，:信号系统(signaling，SIG)、变电所综合自动化系统(powerSupervisoryControlAndDataAcquisition，PSCADA)、环境与设备监控系统(BuildingAutomaticSystem，BAS)、火灾自动报警系统(FireAlarmSystem，FAS)、屏蔽门系统(platformscreenDoor，PSD)、门禁系统(AccessControlSystem，ACS)、自动售票检票系统(AutomaticFarecollectionsystem，AFC)、防淹门(floodGate，FG)、闭路电视监控系统(closedcircuitTelevision，CCTV)、旅客信息系统(passengerInformationsystem，PIS)、广播系统(publicAddress，PA)及其它系统。20世纪末，以上自动化系统按照自身的技术特点建立了各自独立的监控系统，此时，这些分立的系统在中央控制中心都有本专业的服务器、工作站及外围设备等，并有自己不同结构的通信网络，采用的是各不相同的监控软件，在车站也有本专业的监控网络及监控工作站，这种分立的监控系统在计算机控制系统理论上称为“多岛控制系统”65，，早期的地铁线路，如广州地铁1号线和2号线，上海地铁1号线和2号线即是采用的这种分立监控的技术，各分立自动化系统在早期提高地铁运营管理水平方面起了相当重要的作用，但也存在着如下问题:(l)在围绕正常运营的行车调度和灾害J隋况下的救灾调度方面，对各类信息和指令的综合与协调能力不足，影响行车与救灾调度工作的效率7;(2)每个系统的设备都各自独立，系统间的信息关联不够，难于实现信息互通与资源共享，处理突发事件的综合应变能力较差;(3)各个系统操作平台与管理软件彼此独立造成各自内蒙古民族大学学士学位论文-2-动化系统之间互通较难，建设、运行与维护成本较高8。为提高地铁系统的安全性、可靠性以及运营管理效率，建立高效的综合自动化系统是非常必要及必然的，综合自动化监控系统在网络技术、计算机技术和存储技术的推动下诞生15-11，并在地铁监控的工程实践中日益成熟，国内外在新建的地铁线路上已采用综合监控系统(IntegratedSupervision&ControlSystem，ISCS)，即用一个多系统集成的、统一的自动化控制平台来替代原先相互孤立的子系统1211，，且通过若干已实施的工程实例，证实了该系统的可行性及优越性，一个新建的地铁或轻轨工程选择ISCS已成为自动化设记的主流。目前，国外地铁中己有许多线路采用了ISCS，如西班牙毕巴尔巴额地铁、韩国的仁川地铁、首尔地铁7号线和8号线、法国巴黎地铁14号线等，ISCS己成为国外诸多地铁中的主流系统109，，近几年来，国内地铁也开始采用了ISCS，如:香港地铁的新机场快线、将军澳线采用了ISCS:北京地铁13号线、八通线是北京较早使用ISCS的两条线路，仅采用了简单集成的模式，北京地铁的5号线、10号线ISCS的集成范围上进行了扩大，其相应的系统功能也得到了扩充3;目前开通的上海地铁10号线和计划于2012年12月底投入试运营的上海地铁13号线亦开始设计了ISCS;广州地铁3号线和4号线，实施了