高速鐵路信號系統(tǒng)安全評估基礎(chǔ)理論與方法研究結(jié)題摘要

高速鐵路信號系統(tǒng)是復(fù)雜的社會技術(shù)系統(tǒng)，隨著我國高速鐵路系統(tǒng)安全評估實施的不斷深入，面臨著“系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜”、“安全特征復(fù)雜”、“缺乏高質(zhì)量客觀證據(jù)有效評估方法”等難題。本項目圍繞“提高和保證高速鐵路信號系統(tǒng)獨立安全評估有效性和可信性”這一科學(xué)問題，設(shè)置了事故致因機理、安全論證方法、第三方安全測試方法等三個研究內(nèi)容。項目主要研究成果體現(xiàn)為： 1.完成了高速鐵路信號系統(tǒng)事故致因要素及其耦合關(guān)系，提出了基于系統(tǒng)論的高速鐵路信號系統(tǒng)定性危險辨識與分析方法。運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機器學(xué)習等分析方法，分析了高鐵信號事故的致因要素和不同要素的趨勢特征。 2. 提出了基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的高速鐵路系統(tǒng)信號系統(tǒng)安全風險狀態(tài)的分析方法。針對信號系統(tǒng)“主動安全防護”特征，實現(xiàn)對高速鐵路信號危險的時序特征、概率特征的辨識和計算。針對信號系統(tǒng)“定制化開發(fā)”特征，提出了場景驅(qū)動的信號危險分析架構(gòu)，并形成高速鐵路信號系統(tǒng)危險分析工具，生成高速鐵路信號系統(tǒng)危險數(shù)據(jù)庫。 3. 提出了基于安全證據(jù)鏈建模方法與可信性評價方法，建立信號系統(tǒng)高速鐵路信號系統(tǒng)安全證據(jù)鏈的基本結(jié)構(gòu)。提出了將軌道交通所應(yīng)用的信號系統(tǒng)安全標準的參考概念框架模型，提出了統(tǒng)一的證據(jù)鏈構(gòu)建思想，并提出了證據(jù)鏈的可信性評價機制，成果應(yīng)用在高速鐵路信號工程安全評估示范案例中。 4.提出了基于危險驅(qū)動的高速鐵路信號系統(tǒng)第三方安全測試危險場景構(gòu)建與自動案例生成技術(shù)。引入變異測試技術(shù)，研究了高速鐵路信號系統(tǒng)測試案例自動生成、評價和優(yōu)化方法，建立了符合高速鐵路信號系統(tǒng)第三方安全測試的危險驅(qū)動機制，提出了時間自動機模型的混合在線一致性測試方法，搭建了安全測試平臺環(huán)境。 本項目對高速鐵路信號系統(tǒng)安全評估所涉及關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)提出了可實施的解決方案，對于提升我國高速鐵路信號系統(tǒng)安全評估實施質(zhì)量，提高我國高速鐵路信號系統(tǒng)整體安全水平，保證高速列車安全高效運行具有重要的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性意義。

高速鐵路信號系統(tǒng)是復(fù)雜的社會技術(shù)系統(tǒng)，提高和保證高速鐵路信號系統(tǒng)獨立安全評估有效性和可信性，面臨著“系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜”、“安全特征復(fù)雜”、“缺乏高質(zhì)量客觀證據(jù)有效評估方法”等難題。本項目擬通過建立高速鐵路信號系統(tǒng)事故致因模型，系統(tǒng)地揭示高速鐵路信號系統(tǒng)中人-機-環(huán)等方面事故誘導(dǎo)機制、成因鏈及危險演化傳播規(guī)律，提出適合我國高速鐵路信號系統(tǒng)特點的安全風險分析方法。研究各類安全證據(jù)的屬性和分類，建立高速鐵路信號證據(jù)鏈模型，形成適用于高速鐵路信號系統(tǒng)安全評估的證據(jù)鏈維護與管理技術(shù)。研究高速鐵路信號系統(tǒng)通用安全論證模式，提出安全論證可信性的評價技術(shù)。建立高速鐵路信號系統(tǒng)安全測試需求模型，提出適合于高速鐵路信號系統(tǒng)第三方安全測試方法及測試案例生成技術(shù)，構(gòu)建一個第三方安全測試技術(shù)驗證的示范平臺。本項目研究對于提高我國高速鐵路信號系統(tǒng)整體安全水平，保證高速列車安全高效運行具有重要的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性意義。

高速鐵路信號系統(tǒng)課程共六章，首先講授高速鐵路信號系統(tǒng)的功能和作用，并講授高速鐵路信號基礎(chǔ)設(shè)備和相關(guān)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計方法。其內(nèi)容主要包括：高速鐵路信號系統(tǒng)概述（高速鐵路簡介、鐵路信號作用、鐵路信號關(guān)鍵技術(shù)、高速鐵路信號系統(tǒng)特征等基本知識）、高速鐵路信號系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備（鐵路信號機、道岔、軌道電路、應(yīng)答器）、車站信號控制系統(tǒng)（系統(tǒng)功能、車站作業(yè)類型及作業(yè)方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和類型、車站控制原理等）、區(qū)間閉塞控制系統(tǒng)（閉塞、自動閉塞、移動閉塞等）、列車運行控制系統(tǒng)（列控系統(tǒng)的分類、中國國外典型列控系統(tǒng)、中國列車運行控制系統(tǒng)CTCS）、調(diào)度指揮系統(tǒng)六部分內(nèi)容。

高速鐵路信號系統(tǒng)課程背景

高速鐵路信號系統(tǒng)是高速鐵路中樞神經(jīng)，對保障高速鐵路運行速度、運行效率及運行安全具有關(guān)鍵作用。

高速鐵路信號系統(tǒng)課程定位

高速鐵路信號系統(tǒng)課程是一門集中介紹高速鐵路信號技術(shù)的專業(yè)課，學(xué)生可以通過學(xué)習該課程來了解、掌握高速鐵路信號技術(shù)的基本方法、基本理論與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對學(xué)生從事高速鐵路信號技術(shù)應(yīng)用、維修維護和創(chuàng)新設(shè)計的能力具有作用。

高速鐵路信號系統(tǒng)適應(yīng)對象

該課程既適用于鐵路信號程領(lǐng)域人員對高速鐵路信號系統(tǒng)知識的拓展，也適用于想學(xué)習高速鐵路知識的非專業(yè)人群。

高速鐵路信號系統(tǒng)是確保列車安全和高效運行的關(guān)鍵裝備。然而高鐵信號系統(tǒng)面臨以下挑戰(zhàn)：硬件集成與軟件密集使得高鐵信號系統(tǒng)故障特征呈現(xiàn)非單調(diào)規(guī)律；高鐵信號系統(tǒng)及接口復(fù)雜使得風險呈現(xiàn)出快速性、交互性與突變性；COTS部件作為黑盒產(chǎn)品安全舉證難度大。本項目針對上述挑戰(zhàn)展開三方面研究：1）高速鐵路運行風險失效耦合機理及時空演化規(guī)律；2）高速鐵路信號系統(tǒng)健康感知/管理與風險防控；3）基于COTS的信號系統(tǒng)故障機理分析與安全保障。項目旨在解決高鐵信號系統(tǒng)“風險耦合與演化”、“健康感知”、“COTS部件安全舉證與測試”三大關(guān)鍵科學(xué)問題，為我國既有高鐵信號系統(tǒng)以及下一代基于COTS部件的信號系統(tǒng)提出一套體系化的失效機理與風險致因基礎(chǔ)理論，并建立適于我國高鐵信號系統(tǒng)的風險防控體系與技術(shù)方法。