调度系统是铁路运输组织的核心之一,是保证列车安全、准时、高效运行的重要屏障。近几年,我国高速铁路迅猛发展,截止到2019年底,我国高速铁路通车里程达3.5万公里,高居世界首位。高速铁路高速度、高密度、大运量的特点对调度系统带来了严峻的挑战和更高的要求。强化高速铁路行车调度系统的可靠性和安全性,对高速铁路的安全运营十分关键。高速铁路行车调度系统作为一个“人-机”交互的高耦合性系统。其结构庞大,元素众多、功能复杂。系统内的各种设备不仅具有各自的独立性,同时又具有一定的关联性,再加上系统内“人”的随机性,导致高速铁路行车调度系统的可靠性研究变的十分困难。因此目前对于高速铁路行车调度系统可靠性研究大部分都停留在定性层面的分析上,而未进行深入的研究。针对目前存在系统可靠性研究不够深入的问题,本文从系统的关键设备和节点入手,围绕硬件、软件、人因以及系统层级四个维度对可靠性进行深入的解构和分析。本文的主要研究内容如下:(1)详细梳理了高速铁路行车调度系统的组织架构、岗位设置、业务功能以及信息交互,并根据系统信息传递机制和信息属性,基于复杂网络理论构建了高速铁路行车调度系统的拓扑网络结构图。通过对系统节点和边的重要度分析,验证了高速铁路行车调度系统在整个调度系统中的核心地位和作用,同时也得出了列车调度员是中心关键节点,自律机是车站关键节点的结论。(2)针对高速铁路行车调度系统在运营或者维护时存在大量的故障记录无法得到有效的利用的问题,构建了基于词频-逆向文件频率(Term Frequency-Inverse Document Frequency,TF-IDF)和Text-Rank的算法模型,通过该模型提取到系统故障的关键词,并在此基础上通过运用狄利克雷模型提取到系统故障的关键主题。通过对系统的关键词和主题特征进行分析,发现车站系统是高速铁路行车调度系统的故障多发地点,而自律机为车站子系统的故障多发设备。(3)针对系统中自律机设备在可靠性分析中状态方程求解难的问题,提出一种基于马尔可夫过程的公式法,该公式使得状态可靠性分析不再通过繁琐的拉普拉斯变换或者C-K(Chapman-Kolmogorov)方程进行求解,通过计算结果证实,该方法与拉普拉斯变换方法得出的结果一致。(4)针对自律机设备可靠性分析中忽视自律机切换单元故障以及没有考虑修理工的问题,提出了一种扩展的马尔可夫过程方法,该方法通过引进补充变量法,使得马尔可夫过程依然可以对修理工休假时间和维修时间服从一般分布的自律机系统进行可靠性建模分析。通过分析发现,修理工的休假时间对可靠性影响较大,因此在成本一定的情况下,应合理安排修理工的休假时间。(5)针对自律机软件测试过程中发现的软件故障检测率不规则的问题,通过引进不规则模型参数,提出一种改进的非齐次泊松过程(Non-Homogeneous Poisson Process,NHPP)类的软件可靠性分析模型,并将该模型运用到自律机软件测试中。依据测试故障数据。计算出当测试天数为45天时可以达到规定条件下的可靠性要求。(6)作为一个“人-机”交互系统,对于调度员进行可靠性建模分析不可或缺。考虑到认知可靠性与失误分析法(Cognitive Reliability and Error Analysis Method,CREAM)易于操作分析,因此在CREAM基本法的基础提出一种改进方法。该方法使得CREAM法对人误操作概率的推算不再是个区间值,将该方法用以调度员的人误概率计算,并以“CTC控制模式转化”和“列控临时限速”为例进行了实际应用分析。(7)针对目前缺乏面向系统层面可靠性综合评估的问题,提出一种基于群决策和区间二元语义的评估方法。群决策方法降低了专家主观评价系统可靠性带来的主观性。采用区间二元语义作为系统评估的语言,降低了系统可靠性评估过程出现的信息丢失问题,提高了评估结果的可信度。