基于贝叶斯网络的安全风险建模与评估方法研究

论文摘要

系统安全风险建模与评估是安全性研究的重大课题,通过对事故场景的描述和建模,以定性定量评估系统的安全风险水平,对于指导系统安全性设计和进行风险合理控制具有重大意义。随着现代工程系统复杂程度的不断增加,传统的安全风险建模和分析方法面临新的挑战。贝叶斯网络以其坚实的数学基础和强大的建模分析能力在许多领域得到了广泛的应用,利用贝叶斯网络对于系统风险分析中的不确定逻辑关系、多态、失效相关性、维修等动态复杂因素进行描述和建模,在一定程度上可以弥补传统方法故障树/事件树（FT/ET）的缺陷。本文通过贝叶斯网络与传统方法对系统中的相关性问题和维修因素的安全风险建模与评估的对比分析,主要研究内容如下:（1）介绍了静态和动态贝叶斯网络的基本理论,并以基于FT/ET的传统安全风险建模与评估方法为基础,总结和研究了FT/ET向贝叶斯网络的转化方法,进而探讨了针对多态和不确定逻辑关系等问题的贝叶斯网络建模与评估方法。（2）对于FT/ET模型的相关性问题进行了全面的归纳和总结,分为了FT/ET故障树内相关性问题和FT/ET故障树间相关性问题。引入概率相关门（PDEP）对传统故障树进行扩展和完善以解决故障树内功能相关失效问题。重点研究了不同的相关性问题的贝叶斯网络建模与评估方法。并通过公路隧道火灾安全实例验证了上述方法的可行性。（3）针对传统FT/ET对于系统中维修因素的忽视,论述了基于安全风险分析维修策略分类与概念,划分了CR、SGR、SLR和SLR-min四种维修。引入了维修盒（RB）来弥补传统方法对相关维修策略的建模与评估的不足。进而针对传统方法的不足,研究了贝叶斯网络分别对四种不同维修策略的建模与评估。通过空间站二氧化碳去除系统故障维修安全实例,验证了贝叶斯网络考虑维修因素安全风险建模与评估的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 安全风险建模与评估技术发展状况
• 1.2.2 贝叶斯网络安全风险分析研究现状
• 1.3 论文研究内容与结构安排
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文结构安排
• 第二章 贝叶斯网络安全风险建模与评估基础
• 2.1 引言
• 2.2 静态贝叶斯网络
• 2.2.1 静态贝叶斯网络的基本理论
• 2.2.2 贝叶斯网络的建模方法
• 2.2.3 贝叶斯网络推理和安全性应用
• 2.3 FT/ET向静态贝叶斯网络的转化
• 2.3.1 FT向静态贝叶斯网络的转化
• 2.3.2 ET向静态贝叶斯网络的转化
• 2.3.3 静态贝叶斯网络对FT/ET的整合和修正
• 2.3.4 贝叶斯网络对静态FT/ET的改进
• 2.4 动态贝叶斯网络
• 2.4.1 动态贝叶斯网络的基本理论
• 2.4.2 FT向动态贝叶斯网络的转化
• 2.4.3 DFT向动态贝叶斯网络的转化
• 2.5 本章小结
• 第三章 相关性问题的贝叶斯网络安全风险建模与评估
• 3.1 引言
• 3.2 相关性问题的论述
• 3.2.1 相关性基本概念
• 3.2.2 相关性问题的原因和分类
• 3.2.3 FT/ET中故障树内相关性问题
• 3.2.4 FT/ET中故障树间相关性问题
• 3.3 FT/ET中故障树内相关性问题的建模与评估
• 3.3.1 共因失效
• 3.3.2 功能相依失效
• 3.4 FT/ET中故障树间相关性问题的建模与评估
• 3.4.1 静态相关性
• 3.4.2 动态相关性
• 3.5 实例分析
• 3.5.1 基于FT/ET的案例学习
• 3.5.2 基于BN的安全风险分析建模与评估
• 3.6 本章小结
• 第四章 考虑维修因素的贝叶斯网络安全风险建模与评估
• 4.1 引言
• 4.2 基于安全风险分析的维修策略
• 4.3 考虑维修因素的安全风险建模与评估
• 4.3.1 基于FT/ET的维修因素建模与评估
• 4.3.2 基于BN的维修因素建模与评估
• 4.4 实例分析
• 4.4.1 二氧化碳去除系统简介
• 4.4.2 风险状态划分
• 4.4.3 风险建模与评估
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果