基于真实场景应急处置流程分析的Petri建模方法与流程

基于真实场景应急处置流程分析的petri建模方法
技术领域
1.本发明属于计算模型技术领域，具体涉及一种基于真实场景的建模方法及所得模型，以及该模型的应用。


背景技术：

2.随着中国铁路事业的蓬勃发展，线路路网越发复杂，列车最小运行间隔越来越短，对于铁路运输调度指挥人员的作业标准和调度要求也就相应的越来越高，对于事故的应急处置流程也就越来越复杂。
3.为了培养铁路运输调度指挥新人，提升铁路运输调度指挥人员的职业素养，增加相关应急处置操作经验，应急场景处置流程必不可少。应急处置流程是基于铁路仿真的基础上，建立数据模型，重现铁路运输中典型的应急场景和突发事故，依据《铁路技术管理规则》进行相关的应急处置操作。
4.由于铁路环境的复杂性和特殊性，应急场景流程无法在真实路网上进行人为设置，因此基于真实场景的软件建模和架构必不可少。在铁路运输事业和计算机发展前期，铁路相关应急处置经验，都是通过语言交流，文本记录等方式。随着计算机技术的发展和提升，后续有着相关的计算机软件系统进行仿真模拟，但功能都相对简单，无法覆盖所有已经处置场景。
5.应急场景流程方式包括1、语言或文字传递。依靠师父带徒弟的方式，通过语言或文字交流，面对面的进行应急处置经验传递。以一对一或一对多的方式，进行反复经验传输，形成人文记忆。2、脱离于铁路环境的计算机试题演练。此方法通过一套提前预设的题库，依据试题进行刻板的题目作答，针对铁路调度运输进行理论指导和考核。3、简易联锁标准站，事故演练处置。搭建一套基于标准站的简易联锁计算机仿真程序，对简单事故和应急场景进行流程处置，记录流程处置结果实现考核。4、论文《高速铁路应急演练处置流程及评价体系优化研究》(2018年5月，孙鹏举，中国铁道科学研究院)中也阐述了一种应急场景处置方案。通过对我国高铁现有应急演练评价体系存在问题的分析，从评价内容、评价方法、评价标准、评价结果、评价手段等方面进行优化，形成了一套适应于现场演练实际的评价体系；以“动车组在高架桥发生火灾，组织旅客疏散”演练场景为案例，对所提出的演练处置流程与评价体系进行了现场实践。
6.上述应急场景流程方式中，1、因为语言或文字传递这种方式局限性在于普及面低，无法一次性进行大范围普及；人员要求较高，耗时长，效率低；不能直观的感受到应急场景发生时的事故现状，没有形象的事故场景认知。2、脱离于铁路环境的计算机试题演练，此模式只侧重于理论知识考核，忽略了事故应急处置操作，具有培训的局限性，只能适用于职业知识考核。3、简易联锁标准站的事故演练处置方式，因车站设备种类繁多，线路结构不一致。标准站不具备所有车站各自特点，没有兼容各车站特殊的操作流程。而且忽略调度中心操作，并缺少多岗位之间的配合。《高速铁路应急演练处置流程及评价体系优化研究》方案对应急场景处置流程，缺乏灵活度，场景提前编制，无法依据不同调度所或者不同车站特殊
规程灵活修改。流程执行按照单一点线模式，不利于场景变更和参数修改。


技术实现要素：

7.为解决现有技术存在的不足之处，本发明提出一种基于真实场景应急处置流程分析的petri建模方法。本发明中阐述的基于真实场景的应急处置流程分析及petri建模方案，可以高度复现铁路真实运输生产环境，含括各类铁路运输应急处置场景和操作流程，适用于多种复杂铁路路网。
8.本发明的第二个目的是提出所述的petri建模方法得到的模型。
9.本发明的第三个目的是提出所述的模型的应用。
10.实现本发明上述目的的技术方案为：
11.一种基于真实场景应急处置流程分析的petri建模方法，包括步骤：
12.第一步:流程设计
13.根据各个路局应急处置流程，进行流程设计；
14.在有区间红光带出现时，所述应急处置流程包括一、开始发现故障，二、第一处置，三、通知，四、调整计划，五、故障处理，六、故障恢复，七、填报安监报；
15.第二步：建模初始化
16.确定所述应急处置流程中各环节与随机petri网模型的对应关系，确定构建模型的主要元素类型和属性、事件以及状态的输入和输出关系，将非正常作业流程抽象为petri网模型，在所述petri网模型中：
17.库所(place)为所述应急处置流程中的调度操作信息；
18.变迁(translation):表示从一个库所到另外一个库所的转换过程，体现一个动态决策的过程；
19.有向弧(arc):表示变迁的方向；
20.第三步:petri网模型构建
21.根据非正常场景的应急处置流程、应急响应和救援流程、后期处置流程之间的关系以及应急处置整体特性，建立处置流程的petri网模型；
22.第四步：定义属性值
23.对构建的petri网模型的各元素进行属性定义，确定各流程中库所中托肯的数量以及变迁激发的条件(托肯是指库所中的资源，反映了系统的局部状态。托肯数量就是资源数量，可理解为取值)。
24.第二步中，所述非正常作业流程，可以是非正常接发车、设备故障等；库所(place)的调度操作信息包括操作节点编号、操作时刻记录、操作内容、分数详情等信息。其中操作内容信息分为系统操作与培训人员操作两种，系统设定某工种作为培训对象时，则作业流程网络中涉及该工种的操作由培训人员操作，其他操作由系统自动驱动触发。
25.第四步中，对构建的petri网模型的各元素进行属性定义，即对petri网模型中各库所和变迁的含义进行说明。
26.其中，所述二、第一处置，包括扣车和/或封锁操作；
27.所述三、通知，包括通知值班主任和/或通知车站；
28.所述六、故障恢复，包括销记、发布开通命令、解封操作、取消列控限速、调整计划、
恢复运行中的一种或多种。
29.进一步地，将所述应急处置流程的内容原子化，形成petri网模型的库所的原子信息，对各库所的操作信息设置操作节点编号、操作时刻记录、操作内容和分数详情。
30.其中，所述变迁(translation)的内容包括非正常情况的出现、应急处置的执行、行车的恢复、命令的执行、计划的调整及标记。
31.更进一步地，第四步中，
32.内容为发现故障的库所，取值＝(0,1)，1表示有故障发生，0表示无故障发生。
33.内容为助理/主调度员互相通知的库所，取值范围＝(0，1)，0表示主调通知助调，1表示助调通知主调。
34.内容为第一处置，包括扣车p3和/或封锁操作p3的库所，取值范围v
p3
＝(c
31
,c
32
),(c
31
,c
32
)＝{列车站站内，列车在区间}
35.内容为扣停列车的库所，取值范围v
p4
＝(c
41
,c
42
)
36.(c
41
,c
42
)＝{进路已触发时处置，进路未触发时处置}
37.内容为通知的库所，取值范围v
p5
＝(c
51
,c
52
,c
53
……c5i
)，i为被通知的工务、电务、车站值班人员数量；
38.内容为调整计划的库所，取值范围v
p6
＝(c
61
,c
62
,
……c6j
),其中j表示被调整的运行参数数量，运行图的调整包括运行图的整体偏移，技术停点，非技术停点，通过倒开与倒开通过；
39.内容为登记的库所，设置为登记运统46，表示根据应急处置设置规则各个工种上线处理所需要的时间，此库所为提前设置；
40.内容为列控限速的库所，维度为1，表示和限速地点紧密关联的公里标；
41.内容为发布封锁命令的库所，取值范围v
p10
＝(c
101
,c
102
,
……c10m
)，其中m表示被封锁范围及其时间的数量；
42.内容为铺画运行图标记的库所，取值范围v
p11
＝(c
111
,c
112
,
……c10n
)，其中n表示设定的需要慢行的区间范围，c
111
表示a站至b站的区间，c
112
表示b站至c站的区间，以此类推；和绘制区间封锁标记的库所产生强关联。
43.内容为故障恢复的库所有1～5个，取值范围v
p1n
＝(c
1n1
,c
1n2
,
……c1nn
),其中n＝1～5，并和另外1～3个库所构成前置条件；
44.表示内容为电务未及时将故障处理完毕，双向区间反方向运行的应急处置流程的库所有1～2个；
45.有8～12个库所表示反方向行车的应急处置流程，其中每个为k维向量构成。
46.其中，所述有向弧的逆向的变迁代表着非法的操作，可能直接导致考核流程的失败或是产生导致故障的失格问题。
47.其中，所述变迁(translation)为并发执行、或被触发操作，
48.本发明所述的petri建模方法得到的模型。
49.本发明还提出所述的模型的应用，用于人员培训，所述模型的每个库所作为一个考核点。
50.其中，所述考核点包括以下分类：1)联系通知类；2)主调度台操作类；3)助理调度台操作类；4)调度命令考核类。
51.本发明的有益效果在于：
52.本发明利用计算机建模技术，对铁路真实生产环境进行重现，利用petri网建模技术，对应景场景进行数据模型模拟，可针对不同车站站型和调度中心路网结构，进行灵活变更。
53.计算机建模真实场景，有效提供视觉上的应景场景还原，提高调度运输人员对事故场景的认知。各类车站和调度中心的适配性，确保方案适用于所有铁路运输路网，各车站或调度中心可以依据各自特殊的规程进行灵活适配，减少二次开发。petri网的数据建模，提供应急场景处置流程的复杂性和灵活性的技术保障。
54.合理减少单存语言或文字交流过程中产生的信息缺失，增强物理直观的形象记忆。计算机的广域网部署模式，可以减少人工成本，空间成本，时间成本。
附图说明
55.图1为基于真实场景应急处置的流程图。
56.图2为应急处置流程petri网模型图。
57.图3为基于车站真实场景构建的流程图。
58.图4为基于车站应急处置流程的petri网建模-道岔。
59.图5为基于调度中心真实生产环境的流程图。
60.图6为基于调度中心应急处置流程的petri网建模-区间区段故障。
具体实施方式
61.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
62.如无特别说明，说明书中采用的技术手段均为本领域已知的技术手段。所用原料均可市购。
63.实施例1
64.一种基于真实场景应急处置流程分析的petri建模方法，包括步骤：
65.第一步:流程设计(参见图1)
66.根据各个路局应急处置流程，进行流程设计；
67.在有区间红光带出现时，所述应急处置流程包括一、开始发现故障，二、第一处置，三、通知，四、调整计划，五、故障处理，六、故障恢复，七、填报安监报；
68.第二步：建模初始化
69.确定所述应急处置流程中各环节与随机petri网模型的对应关系，确定构建模型的主要元素类型和属性、事件以及状态的输入和输出关系，将非正常作业流程抽象为petri网模型，在所述petri网模型中：本实施例所述非正常作业流程为非正常接发车；库所(place)的调度操作信息包括操作节点编号、操作时刻记录、操作内容、分数详情等信息。其中操作内容信息与基于真实场景的数据环境建模一致，所介绍的调度车务一体化平台通信，分为系统操作与培训人员操作两种，即系统设定某工种作为培训对象时，则作业流程网络中涉及该工种的操作由培训人员操作，其他操作由系统自动驱动触发。
70.库所(place)为所述应急处置流程中的调度操作信息；
71.变迁(translation):表示从一个库所到另外一个库所的转换过程，体现一个动态
决策的过程；
72.有向弧(arc):表示变迁的方向；
73.第三步:petri网模型构建
74.根据非正常场景的应急处置流程、应急响应和救援流程、后期处置流程之间的关系以及应急处置整体特性，建立处置流程的petri网模型；
75.第四步：定义属性值
76.对构建的petri网模型的各元素进行属性定义，确定各流程中库所中托肯的数量以及变迁激发的条件。参见下表对petri网模型中各库所和变迁的含义的说明。
77.表1应急处置流程网模型库所说明
[0078][0079]
进一步地，将所述应急处置流程的内容原子化，形成petri网模型的库所的原子信息，对各库所的操作信息设置操作节点编号、操作时刻记录、操作内容和分数详情。
[0080]
其中，所述变迁(translation)的内容包括非正常情况的出现、应急处置的执行、行车的恢复、命令的执行、计划的调整及标记。具体本实施例中变迁(translation)的内容见下表。
[0081]
表2应急处置流程网模型库变迁说明
[0082][0083][0084]
预警模型如图2所示，根据调度应急流程描述和petri网的相关理论，以应急指挥标记作为模型的初始状态，结合变迁触发规则对模型动态运行和各库所新的着色标记进行描述。
[0085]
第四步中：
[0086]
内容为助理/主调度员互相通知的库所p2，取值范围＝(0，1)，0表示主调通知助调，1表示助调通知主调。
[0087]
p3取值范围为v
p3
＝(c
31
,c
32
),(c
31
,c
32
)＝{列车站站内，列车在区间},表示对已经进入区间列车的处理，即扣停区间内的多趟列车，其中进入区间列车的处理，即扣停区间内的多趟列车，其中(c32，。。c
3n
)＝{“xx次司机，xx设备故障，适当地点停车”，...}。p4取值范围为v
p4
＝(c
41
,c
42
)，表示对未进入区间内的列车进行处理。(c
41
,c
42
)＝{进路已触发时处置，进路未触发时处置}。p5取值范围为v
p5
＝(c
51
,c
52
,c
53
…
)，通知工务、电务、车站值班人员等。p6取值范围为v
p6
＝(c
61
,c
62
,
……c6j
),，其中运行图的调整包括运行图的整体偏移，技术停点，非技术停点，通过倒开与倒开通过等。p7,设置为登记运统46，表示根据应急处置设置规则各个工种上线处理所需要的时间，此库所一般为提前设置。p9表示列控限速，维度为1，表示和限速地点紧密关联的公里标。p8表示限速调度命令。v
p8
＝(c
81
,c
82
,
……c8n
)，限速调度表示为动态决策的过程，已经在故障区间或是即将进入故障区间的列车执行此限速命令。p10表示封锁调度命令，v
p10
＝(c
101
,c
102
,
…
),，其维度为封锁范围及其时间。p11表示为区间慢行标志，和p13产生强关联。p15，p16，p17，p18，p19表示故障
恢复时的处理v
p
15，
p16,p17,p18,p19
＝(c
1n1
,c
1n2
,
……c1nn
)，并且和p14，p15构成前置条件。p23表示电务未及时将故障处理完毕，双向区间反方向运行的应急处置流程。p24，p25，p26，p27，p28，p29，p30，p31，p32表示反方向行车的应急处置流程，其中每个为n维向量构成。
[0088]
其中，所述有向弧的逆向的变迁代表着非法的操作，可能直接导致考核流程的失败或是产生导致故障的失格问题。
[0089]
本实施例中将用户的操作原子化，每一个库所作为一个考核点。具体见表3-6。
[0090]
1)联系通知类
[0091]
表3联控类考核
[0092][0093]
2)主调度台操作类
[0094]
表4主调度台考核点
[0095]
[0096]
[0097][0098]
3)助理调度台操作类
[0099]
表5助理调度台考核点
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]
[0104]
[0105]
[0106][0107]
4)调度命令考核类
[0108]
表6调度命令考核点
[0109]
[0110]
[0111]
[0112][0113]
模型变迁的实现和系统动态运行情况：当应急时间发生以后，t2，t3并发执行，即调度员接受到故障反馈时，第一时间扣停列车，并且禁止向区间放行列车，t4表示两者之间是并发关系,并表示调度员及时通知设备单位进行处理，t5表示设备单位预期处理时间，此处为提前设置且此处的设置直接影响了p7-p11的处理。变迁模型t8，直接和p1的故障处所关联。t7，t8，t9，t10，t11并行执行，表示运行图调整、文本限速命、区间慢性标记、区间封锁标记等。t13表示t7-t11是一种并发关系。p14表示故障恢复，此时触发了t15-t18的故障恢复操作，故障恢复操作，需要通知前序扣停的列车继续运行，相关限速取消，区间解封锁。p23表示如果故障未及时恢复，则在故障未回复的情况下组织行车。跳转至t23，t24，t25，t26，t27操作，取消相应车站出站信号机，绘制反向运行线，改方操作等。当反方向行车组织完毕，列车反向运行后，故障恢复，触发t28，t29，t30，t31操作，将前序非正常行车操作复原。
[0114]
本实施例所述的模型的应用，是用于人员培训，所述模型的每个库所作为一个考核点。
[0115]
实施例2：
[0116]
本实施例基于车站真实场景的流程构建petri网模型。参见图3，依照车站真实生产环境，对联锁上位机、联锁下位机、车务终端、通信分机、自律机、车次追踪和信号员终端进行仿真数据建模，高度还原真实生产环境页面、功能和操作，提供车站应急场景处置流程所需的环境和数据基础。
[0117]
基于车站应急处置流程petri网建模-道岔，见图4。
[0118]
模型内容设置方式同实施例1。本实施例模型可用于人员培训，所述模型的每个库所作为一个考核点。
[0119]
实施例3：
[0120]
本实施例基于调度中心真实场景的流程构建petri网模型。参见图5，依照调度中心真实生产环境，对行车调度台、调度命令台、通信服务器、助理调度台、助理调度命令台、应用服务器、显示终端、防灾终端和ato显示终端进行仿真数据建模，高度还原真实生产环境页面、功能和操作，提供调度中心应急场景处置流程所需的环境和数据基础。
[0121]
基于调度中心应急处置流程petri网建模-区间区段故障，见图6。
[0122]
模型内容设置方式同实施例1。本实施例模型可用于人员培训，所述模型的每个库所作为一个考核点。
[0123]
虽然，以上通过实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应了解，在不偏离本发明精神和实质的前提下，对本发明所做的改进和变型，均应属于本发明的保护范围内。