随着高速铁路网的不断建设,高速铁路运营速度的不断提升,高速铁路列车运行控制过程实现的外界环境越发复杂,对系统安全性的要求也越发严苛。同时,高速铁路列车运行控制过程本身的系统子单元数量巨大、信息交互涉及多层次且形式多样化、系统开放性和涌现性等特点对系统安全保障提出了更大的挑战。目前,针对高速铁路列车运行控制过程安全性的研究多基于系统还原论的思想以各子系统为研究对象,通过系统仿真、安全评价等方法实现对各子系统的安全管理,缺乏系统整体性的研究。论文从系统内各子系统、子单元间的信息交互关系角度出发建立涉及计算机联锁子系统、调度指挥子系统和列控子系统的高速铁路列车运行控制信息传递过程模型,并基于复杂系统脆性理论内涵提出基于Petri网的系统脆性分析方法,从系统结构脆性和动态模糊脆性两个角度出发解析系统脆性产生的根本原因并提出脆性监管策略。论文研究的具体实现过程如下:(1)复杂系统脆性理论方法适用性分析。脆性是系统在子单元崩溃后基于系统内关联关系进一步传播子单元崩溃的后果并导致系统全面崩溃的特性。论文首先基于高速铁路列车运行控制过程的特点提出对系统脆性分析的方法需求,然后对熵理论、元胞自动机及突变理论等既有脆性研究方法适用性进行分析。最后考虑到复杂系统脆性理论本身的过程特性及高速铁路列车运行控制信息传递过程模型对多样化的信息交互关系描述的需求性,提出一种基于Petri网的复杂系统脆性理论方法。(2)高速铁路列车运行控制信息传递过程建模。首先论文系统分析了高速铁路列车运行控制过程的特点及问题复杂性的根源,然后建立高速铁路列车运行控制过程模型的实验框架,最后基于有色Petri网采用自顶向下的建模思路建立高速铁路列车运行控制信息传递过程的基础模型。(3)高速铁路列车运行控制过程结构脆性分析。系统结构脆性是以模型状态空间内的节点为脆性源,以状态空间内节点间的关联关系为脆性传播路径,度量脆性源崩溃后对系统整体功能实现过程影响。首先论文基于结构脆性分析的模型需求将基础模型变形为结构模型,然后建立基于Standard ML和C#的系统状态空间脆性分析仿真平台,通过结构脆性仿真实验度量高速铁路列车运行控制过程中各子系统的脆度和脆性相关性。(4)高速铁路列车运行控制过程动态模糊脆性分析。系统动态模糊脆性是基于模糊Petri网中的模糊命题推理规则,以模糊可信度降低的子系统或子单元为脆性源,以高速铁路列车运行控制模型中库所与变迁间的关联关系为脆性传播路径,累积推理得到系统整体模糊可信度低于最低可接受值而崩溃的过程。首先,论文在基础模型中加入模糊可信度因素并变形得到动态模糊模型,其次提出基于实际应用中中系统检测冲突数或故障数的各子系统的模糊可信度确认方法,最后以不同等级的模糊可信度组合形式建立仿真实验情景集,并通过仿真实验结果分析各子系统的模糊可信度波动对系统整体功能实现的影响。(5)高速铁路列车运行控制过程脆性监管策略。脆性监管策略从结构脆性和动态模糊脆性两个角度提出。首先从动态模糊脆性的角度,通过在系统功能实现的不同阶段设置观察监视器,实时监控系统整体模糊可信度的累积推理过程,当观察模糊可信度低于最低可接受值时,系统发出警报并接受外界介入修正系统内信息模糊可信度到最初值。其次从结构脆性的角度提出高速铁路列车运行控制过程的日常安全管理力度应与各子系统或子单元的脆度、脆性相关性两个指标相契合。本文针在宏观层次上以高速铁路列车运行控制的整体过程为研究对象,从静态结构脆性的角度出发解释了系统脆性产生的根本原因,并从动态模糊脆性的角度提出实时监控系统模糊可信度累积过程的实时脆性监管策略,为高速铁路列车运行控制的安全监管提供了新的思路。