一种确定船舶火灾自动报警系统关键子系统建模方法

1.一种确定船舶火灾自动报警系统关键子系统建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对船舶舱室按照舱室功能分为居住舱，供膳舱，卫生舱和航行保障舱四类：
其中居住舱包含各级人员居住的舱室；供膳舱为供给食物的舱室；卫生舱为卫浴洗漱的舱室；航行保障舱保障航行所需的舱室；
(2)建立系统模型：
将船舶火灾自动报警系统进行模块化建模，每一个舱室为一个模块单元，舱室之间的联系包含有三种：第一，船舶火灾报警系统中总控制器室对所有舱室探测模块的控制反馈关系；第二，根据船舶舱室的功能得到舱室之间功能上的相互联系；第三，船舶各舱室之间火灾通道的联系；利用网络图对物理模型进行数学建模，舱室单元作为网络图G中的节点，三类联系作为节点之间的连接边添加到网络图G中，完成建模；
(3)确定船舶火灾自动报警系统的关键子系统：
根据节点的度和节点的介数来确定船舶火灾自动报警系统的关键子系统：节点的度是所有与该节点相连的边的数量和，计算网络中所有子系统的度ki,i＝1,…,N，ki代表第i个子系统的度；一个节点的介数即网络中任意两点的最短路径经过该节点的所有最短路径数量和，用公式描述即为： 其中g(i)代表i点的介数，σst(i)代表网络中通过i点的任意两点之间的最短路径，由此概念计算网络中所有子系统的介数g(i)，i＝
1,2…,N；
(4)判断关键子系统：比较网络中各个节点的度ki和介数g(i)，其中度的大小为网络中前10％的节点且介数同样为网络中前10％的节点作为网络中的关键子节点即关键子系统。

一种确定船舶火灾自动报警系统关键子系统建模方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种基于复杂网络的确定船舶火灾自动报警系统关键子系统的方法。\n背景技术\n[0002] 目前，在已有的国内外公开发表的参考文献和产品介绍中，对火灾自动报警系统的各部分有较为广泛和深入的介绍。但对船舶这一具体应用对象，缺乏有关确定船舶火灾自动报警系统关键子系统的相关技术，主要集中在探测器的误报漏报及故障模型方面，忽略了火灾自动报警控制系统所处的船舶环境，不能够全面反映船舶火灾自动报警系统的薄弱环节。所以在船舶应用中，需要在船舶火灾自动报警系统的整体上考虑建模，去确定船舶火灾自动报警系统关键子系统，这样更有利于应用。\n[0003] 在产品介绍中有船舶火灾自动报警系统的整体布线图如图1所示，可以了解到各模块之间的控制反馈关系。但是缺乏实际应用中各个模块由于应用到船舶舱室环境中而建立起来的舱室功能上的联系。因此需要一种方法能够建立起包含模块之间各种相互联系关系的模型，并需要一种方法能够根据此模型来确定出系统的关键子系统，为防止船舶消防系统连锁性失效提供实际参考，并为提高系统整体可靠性提供有利保障。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种基于复杂网络的确定船舶火灾自动报警系统关键子系统的方法。\n[0005] 本发明的目的是这样实现的：\n[0006] 本发明包括如下步骤：\n[0007] （1）对船舶舱室按照舱室功能分为居住舱，供膳舱，卫生舱和航行保障舱四类：\n[0008] 其中居住舱包含各级人员居住的舱室；供膳舱为供给食物的舱室；卫生舱卫浴洗漱的舱室；航行保障舱保障航行所需的舱室；\n[0009] （2）建立系统模型：\n[0010] 将船舶火灾自动报警系统进行模块化建模，每一个舱室为一个模块单元，舱室之间的联系包含有三种：第一，船舶火灾报警系统中总控制器室对所有舱室探测模块的控制反馈关系；第二，根据船舶舱室的功能得到舱室之间功能上的相互联系；第三，船舶各舱室之间火灾通道的联系。利用网络图对上述物理模型进行数学建模，舱室单元作为网络图G中的节点，三类联系作为节点之间的连接边添加到网络图G中，完成建模；\n[0011] （3）确定船舶火灾自动报警系统的关键子系统：\n[0012] 根据节点的度和节点的介数来确定船舶火灾自动报警系统的关键子系统：节点的度是所有与该节点相连的边的数量和，计算网络中所有子系统的度ki,i=1,…,N，ki代表第i个子系统的度；一个节点的介数即网络中任意两点的最短路径经过该节点的所有最短路径数量和，用公式描述即为： 其中g(i)代表i点的介数，σst(i)代表网\n络中通过i点的任意两点之间的最短路径，由此概念计算网络中所有子系统的介数g(i)，i=1,2…,N；\n[0013] （4）判断关键子系统：比较网络中各个节点的度ki和介数g(i)，其中度的大小为网络中前10%的节点以及介数同样为网络中前10%的节点作为网络中的关键子节点即关键子系统。\n[0014] 本发明的有益效果是：\n[0015] 在提出船舶火灾自动报警控制系统建模方法的同时，还提出了确定船舶火灾自动报警系统关键子系统的方法，为对关键子系统强化设计，增加系统的可靠性提供了依据。本发明提出了添加舱室功能联系和火灾联系的方法及其确定，并且对于具有上千个舱室的大型船舶来说，应用复杂网络将更能体现出其建模优势，因此基于复杂网络的方法是解决本实际应用问题的有力工具。\n附图说明\n[0016] 图1是本发明的简易船舶火灾自动报警系统图；\n[0017] 图2a是总控制器室对所有舱室探测模块的控制反馈关系示意图；\n[0018] 图2b是本发明的船舶火灾报警系统各舱室模块联系图；\n[0019] 图3流程图。\n具体实施方式\n[0020] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。\n[0021] (1)将船舶舱室按照舱室功能进行分类：分成4大类，分为为居住舱，供膳舱，卫生舱和航行保障舱。其中居住舱包含各级人员居住的舱室；供膳舱主要包含厨房、贮藏、食品分配、餐具洗涤等同类舱室；卫生舱包含浴室、厕所、洗漱场所等；航行保障舱主要包含动力舱、液舱、航行指挥舱等。\n[0022] (2)建立复杂系统模型：将船舶火灾自动报警系统按照以船舶舱室为单元建立成网络图的形式，用G表示，其中舱室单元作为网络图G中的节点，舱室单元的联系作为网络图G中的边。舱室之间的联系包含三种：第一，船舶火灾报警系统中总控制器室对所有舱室探测模块的控制反馈关系，如图2(a)所示，其中以图1作为参考例；第二，根据船舶舱室的功能得到舱室之间功能上的相互联系，根据发明步骤(1)里的四类舱室来划分舱室之间功能上的联系，其中居住舱、供膳舱和卫生舱三类舱室失效对其他舱室不会产生影响，与其他舱室没有功能上的联系，而航行保障舱主要包含动力舱、液舱、航行指挥舱等，这类舱室失效在功能上对其他舱室有较大影响，其中动力舱和液舱和航行指挥舱失效会使得船舶中所有舱室航速降低或者航行无法进行，所以对所有的舱室都具有功能上的联系。对于本例根据图1，所包含的舱室类别包含航行保障舱（驾驶室、锅炉舱、机舱）、供膳舱（厨房）和居住舱（船员室），根据本发明的步骤将各舱室进行功能上的联系，并将这种联系作为边加入到网络图G中，如图2(b)中虚线所示。第三，船舶各舱室之间火灾通道的联系，根据具体船舶舱室布置情况，了解舱室之间门、舱室壁以及通道（通风、运输、围井）的相关联系，将这些作为舱室之间的火灾连接通道，并将相应的联系作为边添加到网络图G中。根据以上将舱室单元作为网络图G中的节点，三类联系作为节点之间的连接边添加到网络图G中，完成建模。\n[0023] (3)对于船舶火灾自动报警系统的关键子系统的确定步骤包括三步：第一，根据复杂网络中度的概念，节点的度就是所有与该节点相连的边的数量和，由此概念计算网络中所有子系统的度ki,i=1,…,N，ki代表第i个子系统的度。第二，根据复杂网络中介数的概念，一个节点的介数即网络中任意两点的最短路径经过该节点的所有最短路径数量和，用公式描述即为： 其中g(i)代表i点的介数，σst(i)代表网络中通过i点\n的任意两点之间的最短路径，由此概念计算网络中所有子系统的介数g(i)，i=1,2…,N。\n[0024] (4)判断关键子系统的依据：由于网络图中节点i的度ki代表与子系统i有直接联系的子系统的数量多少，节点i的介数g(i)代表子系统i与网络中其他所有子系统联系程度的大小，对于度和介数都大的节点就是船舶火灾报警系统中各个子系统中的关键子系统，所以比较网络中各个节点的度ki和介数g(i)，找到其中度为网络中前10%大的节点以及介数同样为网络中前10%的节点作为网络中的关键子节点即关键子系统。\n[0025] 该建模方法由于采用复杂网络图的形式，具有极大的灵活性和扩展性，用图中的节点代表舱室火灾报警系统相应的模块子系统，用边代表各舱室火灾报警模块子系统之间的联系，因此该建模方法不但可以描述火灾报警系统各模块子系统之间的控制关系，还可以在此基础上添加实际应用中包含船舶各舱室功能之间的相互联系建立起更加符合实际的参考模型，并能够根据此模型应用复杂网络中的相应概念来确定此船舶火灾自动报警系统的关键子系统。