基于CREAM和贝叶斯网络的航空维修人为差错概率预测

航空维修差错不仅严重威胁着飞行安全,同时也会增加航空公司的维修成本。针对航空维修人员发生差错成因的复杂性以及历史事故数据缺乏的情况下,将人因可靠性与失误分析方法（CREAM）和贝叶斯网络（BN）相结合,提出一种改进的维修差错分析模型。根据维修任务构建相应的贝叶斯网络模型,为各子节点设置条件概率表（CPT）;基于维修基地的实际维修环境,对行为形成因子（PSFs）进行评估,得到共同绩效条件（CPCs）的水平;利用各CPC因子下各个行为功能失效模式的权重因子,对各认知活动进行失效概率的修正;将修正概率作为贝叶斯网络根节点的输入,利用推理机制,得到差错发生概率。通过案例分析和计算,验证了所述方法的可行性和有效性。     

光纤电力通信系统故障诊断方法及应用实践

在综合分析、比较了最新发展的光纤通信网络的4种故障诊断方法的计算复杂度、平均检测次数,结合江西省电力通信网络的具体情况的基础上,提出了一套故障诊断的改进方案。该方案将该电力通信网络简化为一个有向图,并考虑电力通信网络的单故障边失效和单故障节点失效两种情形。基于该电力通信的网络拓扑分析、权衡故障诊断时间及故障诊断精确度表明,边概率失效的故障诊断方法适用于单故障边失效情形,而对于单故障节点失效情形,基于图论的系统模型、网络模型以及改进的反向检测模型的性能相当。该方案将对提高江西省电力通信网络系统的诊断效率以及可靠性具有借鉴和参考作用。     

矿井通风网络的社团结构及灾害控制研究

为研究矿井通风网络的社团结构特征和有效控制灾害在通风网络中的传播范围,根据通风网络的连接特点对传统的GN算法进行改进,以淮南某矿井的通风网络结构为例进行说明,发现矿井通风网络具有较强的社团结构特征;引入强弱社团结构和外内连接边数比后,社团结构的划分更符合实际。根据矿井通风网络社团间的连接关系,就会找到灾害传播的关键分支与节点并加以控制,降低灾害对相邻社团危害程度,控制灾害的蔓延范围。     

核事故场内人员撤离网络级联失效分析

核事故发生后,选择快速有效的撤离路径是核设施场内人员安全的重要保障。基于贝叶斯网络推理,结合给出的先验知识和条件概率,构建了贝叶斯网络结构并进行参数学习,分析了不同样本数据量的学习结果。对比分析了基于贝叶斯网络分析前后网络级联失效情况,采用级联失效模型分析了人员撤离网络抗毁性,针对级联失效影响相对较大的节点,可采取增加该节点容量或加大对该节点撤离路径指导等方法。     

城市轨道交通系统灾害链网络模型构建与评价

为定量描述城市轨道交通灾害事件间的传播关系,帮助决策者在发生灾害事件时作出更加科学的判断,采用危险与可操作性分析(HAZOP)法,提出城轨系统灾害事件集的提取方法;基于城轨事故历史数据,通过共现矩阵的构造和Jaccard指数的计算,构建灾害链有向网络模型;然后,针对给出的灾害链网络,结合复杂网络统计指标,定量评价其节点和边的重要程度。利用历史事故数据,验证模型和评价方法。结果表明:所建灾害链网络模型能客观反映灾害事件间的传播关系;网络的边和节点的重要度评价结果与实际情况相符。     

网络重要基础设施脆弱性评价模型及其应用

为了评价网络重要基础设施的脆弱性,基于网络图论,构建一个数学规划模型。利用ArcGIS将网络重要基础设施的弧段和节点赋值,将网络拓扑结构以数字形式表示;利用数学规划软件对该模型进行优化求解,得出网络重要基础设施中的脆弱性组件(弧段或节点)。结果表明这些组件的破坏会使网络脆弱性达到最大值,需要对这些组件进行优先防护。将该模型应用于京津冀高速公路交通网络系统,得到该交通网络系统的脆弱性路段。     

基于置信规则的村镇应急避难场所暴雨灾害链风险诊断*

为解决村镇应急避难场所面临暴雨灾害时的风险问题,基于故障树和置信规则库推理方法,提出暴雨灾害链和村镇应急避难场所功能破坏链相结合的场所避难功能失效风险诊断模型。根据事故致因理论推理灾害节点变量,通过故障树描述灾害链,运用关联规则从历史灾害数据中挖掘规则,建立置信规则库系统,构建村镇应急避难场所功能失效风险诊断模型,并以四川省某寄宿制学校为例进行模型验证。研究结果表明:该模型可实现不同证据组合下村镇应急避难场所功能失效风险的诊断推理;实例的模型诊断结果与实际情况吻合,证实该模型能够科学地诊断村镇应急避难场所面临暴雨等恶劣自然条件时存在的风险,可为村镇应急避难场所规划设计和应急管理提供理论支撑。     

城市轨道交通运行风险演化网络动态仿真研究

为探究轨道交通事故中的重要风险类别，从风险演化角度出发，根据172起轨道交通运行事故，梳理出354条风险演化链，总结出35个风险因子，在此基础上基于复杂网络分析方法构建城市轨道交通运行静态风险演化网络。根据网络拓扑特征识别网络中高影响力的风险节点，并利用蓄意攻击失效的原理从单个节点失效与节点连续失效角度进行动态仿真，以探究风险对整个网络的影响程度。结果表明：静态风险演化网络属于复杂网络；列车脱轨、列车停运/延误、列车其他设施故障、暴力恐怖袭击事件、滞留、火灾和人员伤亡在网络中具备较高地位，属于轨道交通运行静态风险网络的中心节点；列车停运/延误、制动故障、列车其他设施故障和火灾节点的失效对轨道交通运行具有突出影响，当制动故障、列车其他设施故障均失效后，即连续失效节点数为2时，风险网络的网络连通度出现拐点。研究确定了影响轨道交通运行的关键风险，分析结果可为城市轨道交通运行安全管理及事故演化控制提供参考依据。     

复杂事故系统风险传递路径的仿真分析

为找到影响事故网络风险传递特性的重要参数,提出控制风险传递行为的新对策,从复杂事故系统角度着手,给出事故网络、节点免疫力、关联强度、风险传递路径等网络特性的形式化描述。基于Arena软件,构建已有事故网络的仿真模型。从节点免疫力、外界风险处置资源、关联强度和传递路径4个方面,仿真分析网络特性对事故网络风险动力学行为的影响。结果表明,提高节点免疫力、增加外界处置资源、设置关键路径中等水平关联强度,均能显著提高事故网络的风险处置能力,而非关键路径中的关联强度不是影响风险传递特性的重要参数,管理者应将资源优先配置于包含较多高度数节点的关键路径。     

山区暴雨-农业灾害链复杂网络静态风险分析

为指导山区暴雨作用下农业经济受损的防治工作,利用复杂网络理论对暴雨-农业灾害链进行静态风险分析。山区暴雨-农业灾害的风险演化发展过程具有链式规律,基于农业生产、农业生态环境及农作物本身等基本因素确定39个灾害事件,构建以灾害事件为节点,事件发展联系为连接边的山区暴雨-农业灾害复杂网络模型;利用节点出入度及聚类系数对灾害演化过程进行风险分析,确定网络中导致农业经济受损的关键节点,并提出部分针对性的断链措施与控链建议;基于最短路径方法对导致农业经济受损的6种山区暴雨次生灾害链进行风险识别。结果表明:网络整体聚类系数为0. 04,集团化程度不高,大部分风险事件之间仅存在明显的"单节点-单节点"单纯传递关系,且灾害网络呈现出明显的小世界网络特征。     

基于贝叶斯网络的页岩气集输管道失效概率计算方法研究

页岩气集输管道运行压力和出砂量在生产过程中衰减显著，这导致管道失效概率不断变化，针对这一问题，采用贝叶斯网络方法，建立了页岩气集输管道失效概率动态计算模型。首先，分析页岩气气质特征、管道运行工况及失效原因，利用逻辑门的连接关系，建立了页岩气集输管道失效故障树；其次，基于贝叶斯网络与失效故障树的结构映射关系，将失效故障树转化成贝叶斯网络结构；然后，通过贝叶斯网络的参数学习，实现模型求解；最后，进行了实例应用。研究结果表明:该模型不仅可有效计算页岩气集输管道的失效概率，还能确定影响管道失效的关键风险因素，并且可通过调整节点的状态及概率分布，实现页岩气集输管道失效概率的更新。     

考虑引力关联的机场网络节点重要度分析

机场网络中关键节点的失效会对网络运行造成一定影响。准确识别关键节点可提升整个网络运行的安全性、正常性和高效性,同时为基于空中交通网络的大面积航班延误治理提供一定的决策依据。基于万有引力定律,以节点间的引力构建具有引力关联的机场网络,对传统的邻域结构洞指标进行改进并结合复杂网络选取适当的评估指标;结合指标之间的差异和冲突,采用基尼系数、肯德尔系数来计算权重,以此建立评估指标体系。同时,引入弹性系数并结合改进的前景理论,得到前景值,采用以相对熵代替欧氏距离的TOPSIS方法计算节点的综合度,将前景值和综合度结合得到节点的重要度。另将节点延误状态作为一种失效模式,建立考虑延误波及的级联失效抗毁性模型,量化网络抗毁性。最后,以中国东北、华北、华中、华东部分机场网络进行实例对比和仿真分析。分别以所提方法和其他3种方法评估该网络节点的重要度,并各选取排名前五的节点计算网络抗毁性。结果表明,所评估出的北京、郑州、青岛、大连、太原节点对于整体网络的重要性最高,一旦发生延误对网络的抗毁性影响最大。     

山区公路暴雨-洪水灾害链贝叶斯网络建模推理

为提供山区公路暴雨-洪水灾害的防灾减灾工作依据,利用贝叶斯网络,研究不同情形下灾害链中公路构筑物的破损情况。山区公路暴雨-洪水灾害的演化过程具有链式规律,将其划分为暴雨灾害链和公路构筑物破坏链;以贝叶斯复杂网络理论为基础,结合重庆市、湖南省山区公路暴雨-洪水灾害历史灾情数据,分析公路各构筑物间相互影响方式,构建山区公路暴雨-洪水灾害链贝叶斯网络推理模型,并以湖南省绥宁县2015年6月18日省道S221武阳镇至李熙桥镇路段灾害为例进行模型验证。结果表明:利用贝叶斯网络工具箱,通过网络架构搭建、节点参数设定、联合树推理引擎调用等过程,可实现不同证据组合下贝叶斯网络推理预测;实例的模型预测结果与灾害实际情况吻合较好,证实了山区公路暴雨-洪水灾害链贝叶斯网络模型预测的可行性。     

我国堰塞湖致因分析及灾害链构建研究*

为揭示我国堰塞湖形成机理,基于堰塞湖实际案例,依据灾害链式演变规律,构建我国堰塞湖灾害链模型;以灾害链模型中各因素为节点,各因素间作用关系为边,构建我国堰塞湖灾害链演化网络模型,利用Gephi软件实现灾害链演化网络可视化和拓扑参数计算,最终确定堰塞湖防治关键因素。结果表明:持续降雨作用于山地地貌,导致山体滑坡,该类堰塞湖致因在我国较为普遍,通过加大特定地区雨量与地质环境监测力度,可有效提高我国自然灾害防治水平。     

考虑网络韧性的城市轨道交通故障恢复研究

为提升城市轨道交通的可靠性,提出一种基于区间修复的城市轨道交通故障恢复策略;以网络平均效率度量网络韧性性能函数,按不同折返区段分段处理失效线路,构建以网络韧性损失和恢复总时长最小为目标的城市轨道交通故障恢复模型,设计NSGA-Ⅱ算法求解模型;并以成都地铁网络为例,探讨环线失效和放射线失效2种场景下列车运行交路调整对网络恢复决策及网络恢复性能的影响。结果表明：提出的故障恢复方法能有效避免站点修复完成后仍需长时间等待其他站点修复完成才能接入线网运营的情况,考虑列车运行交路调整恢复方案的韧性损失比不考虑运行交路调整时减少28.3%;是否考虑列车运行交路调整对网络环线线路的故障恢复决策影响较大,对外围放射区域线路的故障恢复决策影响较小。     

基于贝叶斯网络的人因可靠性评价

提出一种贝叶斯网络的人因可靠性评价(HRABN)方法,其中的每个因子对应于贝叶斯网络中的节点,该方法可对人因可靠性作定量分析和定性分析。在定性分析上,节点的因果关系(HRA中的因子关系)及需要改进的薄弱节点都直观地显示在层次图中;在定量分析方面,对节点因子后验概率的推断通过HRA中的先验信息(包含仿真数据、现场操作及专家知识等)和最新信息得到。如果人因可靠性贝叶斯网络中的每个节点的先验概率分布和后验概率分布都已知,模型的可信性就可通过贝叶斯因子进行定量验证。贝叶斯网络扩展性好,当有新的节点因子需要考虑时,只需要补充对应的节点;笔者的方法也能很好地应用在不同行业的HRA。     

危化品事故多层级链式推演模型及案例分析

为提升危化品企业的风险防控能力,支撑事故发生后迅速地进行应急决策研判,基于灾害链理论,从热辐射、毒气、超压3类危化品事故关键致灾因子出发,提出灾害链多层级链式推演模型。采用流体扩散模型和Probit模型,分别构建危化品容器起火概率及顺序预测算法和危化品爆炸点火时刻估计算法,实现对危化品事故中燃烧和爆炸演化过程的定量计算分析。并以广东省某树脂生产厂为研究案例,建立1条由危化品泄漏事故引发的灾害链,推演分析灾害链各节点的演化时间和发生概率。分析结果表明：灾害链推演模型能有效定量化分析实际危化品厂区事故的演化过程、预测事故节点发生概率及时间,并在一定程度上帮助检验危化品厂区布局安全。     

城市燃气管道泄漏多因素耦合致灾机制研究

城市燃气管道很容易因复杂的城市环境影响而发生失效泄漏,而多灾害因素共同作用下的城市燃气泄漏的灾害后果更加严重,灾害形势更为复杂。为揭示城市燃气管道泄漏后多因素耦合作用下的动态致灾过程及灾害特征,首先采用系统框图对城市燃气管道泄漏灾害系统的内部结构进行分析,并在此基础上构建多因素耦合致灾数学模型;然后基于系统动力学理论,分别以燃气火灾、爆炸及毒害气体灾害为子模块,建立灾害系统动力学模型,并以模型检验来验证其适用性;最后应用于实际案例分析,采用系统动力学专用仿真软件,分别讨论了不同耦合条件下的单灾害和多灾害的动态致灾过程。结果表明:灾害子系统内部耦合度及同质耦合度增加,会促进各种灾害的增长速度、加速灾害发展,但不改变灾害损失的程度;而子系统间的耦合度增加,不仅会加快灾害的发展速度,还会提高其损失的程度、增加灾害损失的严重度。这表明,为有效控制复杂环境下的城市燃气管道泄漏灾害,应该削弱系统内部的因素耦合,孤立子系统间的因素耦合。     

基于级联失效的管制扇区网络韧性评估

为减轻管制空域因遭受极端天气、设备故障等特殊事件而出现的大面积失效对航班的影响，研究了不同事件中，不同恢复策略对管制空域韧性的改变。通过复杂网络理论对管制空域进行建模，结合级联失效理论的负载-容量模型与公共交通领域的韧性评价指标，提出一种适用于评价扇区网络的级联失效-恢复过程。依据节点的特征参数设定扳机节点并触发级联失效过程，对扇区网络分别以度优先和介数优先2种策略进行恢复模拟。以西南地区的管制扇区为研究对象展开仿真试验，结果显示：在面对中心扇区失效时，度优先恢复策略下的容量损失更小，效率损失更低；繁忙扇区失效时，2种恢复策略各有优劣。扇区网络采取度优先的恢复策略有更好的韧性。     

拥挤交通网络中关键应急避难场所识别模型与求解

识别关键应急避难场所是抵御设施失效和服务功能丧失对应急服务系统所构成损害的重要手段。以往基于设施中断模型的关键应急避难场所识别问题的处理,忽略了疏散时交通网络会处于拥挤状态,道路行程阻抗与交通网络流量相关联这一现象。针对拥挤交通网络中关键应急避难场所识别问题,假设疏散者能够选择最近的应急避难场所,并可根据交通拥挤状况选择最短路径到达,构建基于交通网络流均衡约束的应急避难场所中断单层优化模型。将部分非线性约束转化为一定条件下的线性约束,通过CPLEX优化软件进行求解。算例路网计算表明,较非拥挤交通网络,拥挤条件下关键应急避难场所中断对系统造成的影响被低估了64.4%。