高速鐵路行車調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析及調(diào)整優(yōu)化方法.pdf

1、高速鐵路行車調(diào)度系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是保證列車安全、準(zhǔn)時(shí)、高效運(yùn)行的重要保障之一，是整個(gè)高鐵調(diào)度指揮系統(tǒng)中不可或缺的子系統(tǒng)。因此，加強(qiáng)對(duì)行車調(diào)度指揮系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)研究，掌握影響該系統(tǒng)運(yùn)作的“機(jī)+環(huán)境”兩方面危險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)特性及行車調(diào)度人員的行為的可靠性，能夠進(jìn)一步提高對(duì)維持系統(tǒng)穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí)。其次，運(yùn)行圖的調(diào)整、運(yùn)行沖突的疏解是行車調(diào)度系統(tǒng)的主要核心任務(wù)之一，由于設(shè)備故障、惡劣自然環(huán)境等造成線路通過(guò)能力的下降或列車的初始晚點(diǎn)時(shí)有發(fā)生，及時(shí)高效地調(diào)整

2、列車運(yùn)行圖，減少列車晚點(diǎn)或晚點(diǎn)的二次延誤對(duì)系統(tǒng)造成的負(fù)面影響，可以高效智能地制定可靠的運(yùn)行圖調(diào)整方案，也是保證行車調(diào)度人員操作的可靠性，應(yīng)對(duì)不可避免的危險(xiǎn)因素的有效手段。因此，加強(qiáng)對(duì)行車調(diào)度系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)受干擾情況下行車調(diào)整優(yōu)化方法的研究，對(duì)保證高鐵調(diào)度系統(tǒng)安全，對(duì)提高系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力具有深遠(yuǎn)的意義。
　　本論文綜合分析了國(guó)內(nèi)外在安全系統(tǒng)工程理論及行車優(yōu)化數(shù)學(xué)模型等方面的研究現(xiàn)狀，結(jié)合我國(guó)高速鐵路行車調(diào)度系統(tǒng)的特點(diǎn)，論證了行車調(diào)

3、度系統(tǒng)的地位及其在高速鐵路系統(tǒng)中信息傳遞的機(jī)制，明確了行車調(diào)度系統(tǒng)在不穩(wěn)定狀態(tài)的演化機(jī)理，辨識(shí)出系統(tǒng)中“人—機(jī)—環(huán)”三方面的危險(xiǎn)因素，并對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，最后建立了在危險(xiǎn)因素干擾下的運(yùn)行圖優(yōu)化調(diào)整模型，以降低風(fēng)險(xiǎn)干擾，保證行調(diào)人員決策的可靠性，快速恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定性。具體完成以下研究工作:
　　(1)一方面通過(guò)大量閱讀文獻(xiàn)分析了鐵路行車調(diào)度指揮系統(tǒng)安全管理、應(yīng)急處理及行車調(diào)度優(yōu)化等方面理論與方法及不足，明確了論文的研究方法和技術(shù)路線。

4、另一方面通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研熟悉我國(guó)高速鐵路行車調(diào)度指揮的任務(wù)及作業(yè)流程，收集影響行車調(diào)度的設(shè)備故障、惡劣環(huán)境、人為失誤、事故等方面的歷史數(shù)據(jù)，為論文的研究工作提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。
　　(2)根據(jù)我國(guó)高鐵調(diào)度指揮系統(tǒng)內(nèi)信息傳遞流程、傳遞途徑、傳遞作用對(duì)象等相關(guān)方面特點(diǎn)，論證了行車調(diào)度系統(tǒng)的核心地位。將系統(tǒng)中各子部件視為節(jié)點(diǎn)，將各子部件相互之間直接聯(lián)系的信息通道（或媒介）視為邊，利用信息熵理論，依據(jù)節(jié)點(diǎn)間信息傳遞屬性，建立邊長(zhǎng)的計(jì)算理論，

5、并根據(jù)熵?cái)U(kuò)散原理描述了不確定信息在系統(tǒng)中傳遞的規(guī)律，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，建立對(duì)系統(tǒng)中要素、要素之間傳遞通道及要素之間關(guān)聯(lián)程度判定的理論方法，對(duì)調(diào)度指揮系統(tǒng)進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析。證明了高速鐵路調(diào)度系統(tǒng)以行車調(diào)度為主核心，向CTC主機(jī)、供電調(diào)度、維修調(diào)度、計(jì)劃調(diào)度、客服調(diào)度以及動(dòng)車調(diào)度等其他工種調(diào)度輻射的次核心圈，經(jīng)次核心圈向邊緣設(shè)備輻射的三級(jí)輻射圈的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中最重要的信息通道為:列車—CTC/RBC—行車調(diào)度崗位。
　　(3)根

6、據(jù)高鐵行調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)放性、遠(yuǎn)離平衡性和非線性，引入耗散結(jié)構(gòu)理論，綜合考慮系統(tǒng)中的“人”、“機(jī)”、“環(huán)境”三要素，研究了系統(tǒng)內(nèi)外要素的異常狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。以實(shí)績(jī)列車運(yùn)行圖與計(jì)劃運(yùn)行圖的匹配情況為基礎(chǔ)，定義了系統(tǒng)熵值的概念，建立了衡量系統(tǒng)熵值大小的計(jì)算方法。通過(guò)系統(tǒng)與外界的物質(zhì)、能量及信息交換的偏差描述系統(tǒng)熵流的大小;另一方面，分析并建立了計(jì)算限速類熵源、中途停車類熵源及撞異物類熵源的方法。最后利用硬漲落致因事件、軟漲落致因事件及環(huán)境

7、漲落致因事件解釋了行車調(diào)度系統(tǒng)中熵的波動(dòng)，描述了行車調(diào)度系統(tǒng)穩(wěn)定性及各種不穩(wěn)定狀態(tài)的演化規(guī)律。
　　(4)從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度，宏觀分析了影響行車調(diào)度系統(tǒng)的硬件設(shè)備故障及外界惡劣環(huán)境類危險(xiǎn)因素的特點(diǎn)，將其劃分為八類，分別為:惡劣環(huán)境或天氣類、車載設(shè)備類故障、牽引供電類故障、線路故障類、車體故障類、通訊信號(hào)類故障、調(diào)度指揮人機(jī)界面類故障和其他類。基于高鐵行車調(diào)度系統(tǒng)實(shí)際歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，繪制統(tǒng)計(jì)直方圖，利用參數(shù)估計(jì)方法，擬合估計(jì)并比選出八類危險(xiǎn)

8、因素所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)的概率密度分布函數(shù)的參數(shù)。然后采用多參數(shù)的零點(diǎn)截尾負(fù)二項(xiàng)分布，綜合考慮列車晚點(diǎn)數(shù)和八類危險(xiǎn)因素發(fā)生頻率，得到各類危險(xiǎn)因素對(duì)列車晚點(diǎn)數(shù)的影響嚴(yán)重程度，將危險(xiǎn)因素劃分為四大類。最后，結(jié)合各類危險(xiǎn)因素的概率密度函數(shù)和擬合出的多參數(shù)負(fù)二項(xiàng)分布函數(shù)，仿真模擬計(jì)算出各類危險(xiǎn)因素在各種情景下造成列車晚點(diǎn)數(shù)分布，確定八大類危險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
　　(5)在高速鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)中，行調(diào)人員通過(guò)調(diào)度終端來(lái)集中監(jiān)控、指揮鐵路現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)活

9、動(dòng)，調(diào)度員的操作行為的可靠性直接影響現(xiàn)場(chǎng)列車運(yùn)行的安全。引入核電工業(yè)中的THERP理論，結(jié)合行調(diào)操作特征，將調(diào)度員的任務(wù)劃分為不同等級(jí)的動(dòng)作單元，建立靜態(tài)人因失誤率計(jì)算模型，得到靜態(tài)條件下行調(diào)操作失誤率及其置信區(qū)間;并結(jié)合馬爾科夫鏈原理，針對(duì)隨時(shí)間變化的影響因子，建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移率方程，通過(guò)拉普拉斯變換得出單影響因子作用下行調(diào)可靠性的狀態(tài)概率變化規(guī)律。最后，通過(guò)對(duì)列控限速任務(wù)的實(shí)例分析得出在壓力適中的情況下列控限速執(zhí)行失敗的概率為0.010

10、4，90％置信區(qū)間為(0.0045，0.0237)以及不同壓力情況下人因可靠性變化規(guī)律。
　　(6)針對(duì)我國(guó)高鐵準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的行車方式（列車運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS—3），分析在導(dǎo)致列車限速的危險(xiǎn)因素的干擾下，在工作車間調(diào)度模型的基礎(chǔ)上，利用替代圖理論，建立一個(gè)列車實(shí)時(shí)優(yōu)化模型。該模型既能最大可能的減少列車的二次晚點(diǎn)時(shí)間，又能同步實(shí)現(xiàn)列車速度和列車的安全制動(dòng)距離的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)運(yùn)行計(jì)劃實(shí)時(shí)調(diào)整及列車控制同時(shí)優(yōu)化和監(jiān)控，大大提高