高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)失效機(jī)理及風(fēng)險(xiǎn)控制研究

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)是確保列車安全和高效運(yùn)行的關(guān)鍵裝備，然而高鐵信號(hào)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(hào)系統(tǒng)故障特征呈現(xiàn)非單調(diào)規(guī)律；高鐵信號(hào)系統(tǒng)及接口復(fù)雜使得風(fēng)險(xiǎn)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。因此面對(duì)以上問(wèn)題，項(xiàng)目完成了以下研究：項(xiàng)目構(gòu)建了基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)庫(kù)，建立了列控系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)特征模型及失效模型，探明了高鐵信號(hào)關(guān)鍵設(shè)備的特性突變與失效耦合機(jī)理，揭示高鐵信號(hào)系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)耦合機(jī)理與時(shí)空演化規(guī)律；建立了基于領(lǐng)域先驗(yàn)知識(shí)集的高鐵信號(hào)系統(tǒng)故障診斷模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)健康狀態(tài)感知；建立了形式化的高鐵信號(hào)系統(tǒng)安全需求模型，通過(guò)模型檢驗(yàn)和定理證明的方式驗(yàn)證了需求的一致性；建立了基于“安全核 故障樹(shù)”的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與失效危害度分析，保證基于COTS部件的高鐵信號(hào)系統(tǒng)的整體安全性；構(gòu)建面向既有高鐵以及下一代高鐵信號(hào)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)防控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)險(xiǎn)防控效果的評(píng)價(jià)。研究結(jié)果具體如下：在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊或會(huì)議發(fā)表論文71篇（含已接受待發(fā)表論文10篇），其中JCR1區(qū)論文15篇（包括IEEE Transactions on Vehicular Technology、IEEE Transactions on Smart Grid、IEEE Transactions on Industrial Information、Future Generation Computer Systems、Chaos等），其中ESI熱點(diǎn)論文1篇，ESI高被引論文3篇；申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利10項(xiàng)，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)；共培養(yǎng)33名碩博研究生，其中碩士18名，博士3名；項(xiàng)目組成員2人次入選省部級(jí)人才計(jì)劃；項(xiàng)目成員以第一完成人身份，獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、鐵道科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。項(xiàng)目故障診斷以及風(fēng)險(xiǎn)防控的部分成果也在現(xiàn)場(chǎng)得到了應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多起可能導(dǎo)致安全事故的設(shè)備故障預(yù)警，為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)安全提供了有力保障，為高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的故障診斷與運(yùn)維保障的提供了重要的理論基礎(chǔ)。項(xiàng)目成果已成功應(yīng)用于成都、昆明等鐵路局600余個(gè)站場(chǎng)，且延伸應(yīng)用于動(dòng)車組監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，有力保障了信號(hào)關(guān)鍵設(shè)備以及中車唐車公司運(yùn)營(yíng)動(dòng)車組的運(yùn)行安全，降低了運(yùn)維成本，創(chuàng)造了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 2100433B

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)是確保列車安全和高效運(yùn)行的關(guān)鍵裝備。然而高鐵信號(hào)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(hào)系統(tǒng)故障特征呈現(xiàn)非單調(diào)規(guī)律；高鐵信號(hào)系統(tǒng)及接口復(fù)雜使得風(fēng)險(xiǎn)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(xiàng)目針對(duì)上述挑戰(zhàn)展開(kāi)三方面研究：1）高速鐵路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)失效耦合機(jī)理及時(shí)空演化規(guī)律；2）高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)健康感知/管理與風(fēng)險(xiǎn)防控；3）基于COTS的信號(hào)系統(tǒng)故障機(jī)理分析與安全保障。項(xiàng)目旨在解決高鐵信號(hào)系統(tǒng)“風(fēng)險(xiǎn)耦合與演化”、“健康感知”、“COTS部件安全舉證與測(cè)試”三大關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，為我國(guó)既有高鐵信號(hào)系統(tǒng)以及下一代基于COTS部件的信號(hào)系統(tǒng)提出一套體系化的失效機(jī)理與風(fēng)險(xiǎn)致因基礎(chǔ)理論，并建立適于我國(guó)高鐵信號(hào)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)防控體系與技術(shù)方法。

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)課程背景

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

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)課程定位

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)課程是一門集中介紹高速鐵路信號(hào)技術(shù)的專業(yè)課，學(xué)生可以通過(guò)學(xué)習(xí)該課程來(lái)了解、掌握高速鐵路信號(hào)技術(shù)的基本方法、基本理論與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)學(xué)生從事高速鐵路信號(hào)技術(shù)應(yīng)用、維修維護(hù)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力具有作用。

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)適應(yīng)對(duì)象

該課程既適用于鐵路信號(hào)程領(lǐng)域人員對(duì)高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)知識(shí)的拓展，也適用于想學(xué)習(xí)高速鐵路知識(shí)的非專業(yè)人群。

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)課程共六章，首先講授高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的功能和作用，并講授高速鐵路信號(hào)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(diǎn)及設(shè)計(jì)方法。其內(nèi)容主要包括：高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)概述（高速鐵路簡(jiǎn)介、鐵路信號(hào)作用、鐵路信號(hào)關(guān)鍵技術(shù)、高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)特征等基本知識(shí)）、高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備（鐵路信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路、應(yīng)答器）、車站信號(hào)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(dòng)閉塞、移動(dòng)閉塞等）、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（列控系統(tǒng)的分類、中國(guó)國(guó)外典型列控系統(tǒng)、中國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS）、調(diào)度指揮系統(tǒng)六部分內(nèi)容。