列车运行控制系统风险辨识与评估研究

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列车运行控制系统(下文简称“列控系统”)实时控制列车运行间隔,防止列车超速运行,是保障列车高速、安全、可靠运行的核心技术装备和关键安全系统。与传统信号系统相比,列控系统有着更加苛刻的安全要求,其自身的安全隐患将严重危及列车的运行安全和效率。因此,如何对列控系统进行系统全面的风险辨识,以及在缺乏客观历史数据的情况下,如何对列控系统存在的风险进行科学的评估是本文的主要目的。
  首先,本文分别从风险辨识和风险评估两个方面,对不同的研究方法进行综述,并阐述了各种研究方法的适用对象和优缺点。
  其次,本文介绍了风险管理理论,列出了在风险辨识和评估过程中涉及到的术语,进一步介绍了轨道交通风险辨识、评估和控制的基本思路,归纳了风险辨识和评估方法的优缺点。
  而后,选取装备最广泛的CTCS-2级列控系统作为研究对象,并对系统功能、结构和基本工作原理作了解析,进而界定了本文研究的风险事件——“列车超速运行未防护”。通过对风险事件发生机理的分析,建立了初级故障树。基于列控系统的结构和功能特点以及各种风险辨识方法的特点,确定将危害与可操作性(hazard and operability, HAZOP)作为风险辨识的方法;通过建立了CTCS-2级列控系统的信息传输序列模型以及相应模块的结构参考模型和功能层次模型,运用HAZOP对各个模块进行了系统的风险源辨识。基于风险源辨识的结果,在初级故障树的基础上构建了完整的故障树。
  再者,基于GB/T21562标准、研究需求和相关文献,扩展并细化了风险矩阵;以专家打分法为基础,运用模糊数学理论,建立风险源发生频率的数学模型,并运用蒙特卡洛仿真求解故障树顶事件(风险事件)的发生频率;以专家打分法为基础,结合模糊层次分析法和折扣证据理论,建立风险后果严重程度的数学模型。将发生频率和后果严重程度与风险矩阵进行对比,评定风险事件的风险等级。
  最后,依据既有的原则将故障树转化为贝叶斯网络。基于贝叶斯定理,计算了根节点(风险事件)的发生频率。随后,计算了当风险事件发生时,系统各模块的后验概率,进而指出导致风险事件发生的薄弱环节。然后,从发生频率和后果严重程度两个角度,提出控制风险的建议。
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