轨道电路系统的安全分析与安全预警研究

摘要

轨道电路作为列车运行控制系统的重要基础设备，其性能直接影响行车安全和运输效率。而目前轨道电路在实际应用中的故障率位居信号设备之首，这不仅造成列车运行的延误，影响运输效率，严重时导致重大安全事故，造成生命财产损失。
　　目前国内外针对轨道电路RAMS开展的研究都旨在解决视情维修的问题，提高系统可用性和可靠性，安全性分析方面相对较缺乏，已有相关工作主要集中在单个设备层面的定性分析。但是根据系统安全工程的要求，轨道电路作为安全苛求系统，需要在其生命周期全过程中开展全面详细的安全分析，以保证轨道电路的安全可接受性。因此开展轨道电路系统的安全分析工作，从根本上确保轨道电路系统的安全性，并针对其关键隐患进行安全预警的研究，以解决微机监测系统自动化程度不够高带来的浏览大量监测曲线和数据工作强度大、效率低、准确性不高的问题，切实降低隐患发生概率，以保障列车运行安全、提高运营效率。
　　本文针对现在高速铁路普遍使用的ZPW-2000A/K型轨道电路，开展了全面详细的安全分析工作，并建立了高效可行的安全预警系统。论文的主要研究内容及研究成果如下:
　　1）按照EN50126的要求，全面定义了轨道电路系统的任务概要、安全分析的系统边界及系统环境、系统功能和接口功能及性能需求，导出了安全分析的假定和约束条件;通过FFA方法分析得出了系统的顶层隐患;并参照ETCS的THR分配方法导出了CTCS-2中车载系统、轨旁系统和传输系统的安全完整性需求。
　　2)严格按照EN50129中提出的铁路领域系统风险分析流程，对轨道电路系统进行安全性分析:通过FMECA方法对已识别的顶层隐患进行验证、补充，得到了完整的轨道电路系统隐患，对各隐患采用FTA方法定性、定量地分析了隐患产生的所有原因及原因组合和发生概率，通过ETA分析了各隐患的潜在后果，并运用风险矩阵对系统隐患进行了定性的风险评估，得到了各隐患的风险等级及排序。
　　3）基于轨道电路系统特点及安全分析结果，确立了预警指标体系，完成了预警系统的整体设计。提出了基于模糊综合和非对称贴近度的预警方法，构建了预警指标阈值计算模型，并利用长沙电务段新开铺站的现场数据对预警方法进行了验证，结果表明该方法具有较高的准确性和应用价值，能够快速、实时地预报可能发生的红光带与分路不良现象、监测系统性能恶化过程，这对降低工作人员劳动强度、实现轨道电路的视情维修有着重要的现实意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 问题的提出

1．3 国内外研究现状

1．3．1 安全性工程及安全标准的发展

1．3．2 轨道电路系统的RAMS分析研究现状

1．3．3 铁路领域安全预警研究现状

1．4 研究意义

1．5 主要研究工作和论文章节安排

2 系统定义与安全需求分析

2．1 系统概述

2．2 系统边界与系统环境

2．3 系统功能需求分析和假定约束

2．3．1 系统功能及性能需求分析

2．3．2 接口功能及性能需求分析

2．3．3 系统顶层功能和假定约束条件

2．4 系统顶层隐患识别

2．5 系统安全性需求分析

2．6 本章小结

3 ZPW-2000A／K型轨道电路系统安全分析

3．1 基于风险评价的系统安全分析过程

3．2 系统安全分析技术综述

3．3 基于FMECA的系统隐患分析

3．4 基于FTA的系统隐患原因分析

3．5 基于ETA的系统隐患后果分析

3．6 基于风险评价矩阵的系统风险评估

3．7 本章小结

4 ZPW-2000A／K型轨道电路系统安全预警研究

4．1 预警指标体系的确立及阈值的界定

4．1．1 预警指标的确定

4．1．2 预警阈值的计算

4．2 预警系统总体方案设计

4．3 基于模糊综合和非对称贴近度的轨道电路系统安全预警

4．3．1 基于模糊综合的轨道电路安全预警方法

4．3．2 预警因素特征值的建立及隶属度函数的确定

4．3．3 基于改进的层次分析法的预警指标权值确定

4．3．4 基于非对称贴近度择近原则法的模糊决策

4．3．5 验证结果及分析

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 展望

参考文献

附录A 轨道电路系统外部接口FFA表

附录B CTCS-2级列控系统隐患列表

附录C 轨道电路子系统功能FMECA表

附录D 隐患H2故障树分析

图索引

表索引

作者简历

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