包邮高速铁路调度指挥风险分析预警理论与方法

第1章 绪 论……………………………………………………………………………… 1 1.1 研究背景 ……………………………………………………………………………… 1 1.1.1 预警技术及系统概述 …………………………………………………………… 1 1.1.2 铁路运输调度指挥及预报警系统 ……………………………………………… 2 1.2 国内外研究现状 ……………………………………………………………………… 3 1.2.1 高速铁路运营调度指挥系统 …………………………………………………… 3 1.2.2 高速铁路调度指挥系统安全保障 ……………………………………………… 4 1.2.3 铁路行车安全预警、冲突管理理论研究………………………………………… 4 1.2.4 铁路调度指挥可靠性研究 ……………………………………………………… 6 1.3 我国铁路调度指挥体系及其工作机制 ……………………………………………… 6 1.3.1 我国铁路调度指挥体系结构 …………………………………………………… 6 1.3.2 我国铁路调度指挥工作机制 …………………………………………………… 8 第2章 行车调度系统运行稳定性演化机理 ……………………………………………… 15 2.1 行车调度系统界定…………………………………………………………………… 15 2.1.1 行车调度系统的构成及任务…………………………………………………… 15 2.1.2 系统的不稳定性状态转移……………………………………………………… 17 2.1.3 耗散结构理论及应用…………………………………………………………… 18 2.2 基于耗散结构理论对行车调度系统熵的计算……………………………………… 19 2.2.1 耗散结构理论适用性分析……………………………………………………… 19 2.2.2 行车调度系统的熵……………………………………………………………… 20 2.2.3 行车调度系统的熵值变化……………………………………………………… 21 2.2.4 行车调度的熵流………………………………………………………………… 22 2.2.5 行车调度的熵源………………………………………………………………… 24 2.3 行调系统的涨落及状态演化………………………………………………………… 27 2.3.1 涨落基本概念…………………………………………………………………… 27 2.3.2 行车调度系统的涨落…………………………………………………………… 28 2.3.3 涨落对行车调度系统的作用…………………………………………………… 30 2.3.4 行车调度系统不同状态演化过程……………………………………………… 31 第3章 高速铁路调度指挥系统风险分析 ………………………………………………… 33 3.1 风险与危险的联系与区别…………………………………………………………… 33 3.2 调度系统危险源辨识………………………………………………………………… 34 3.3 调度系统危险源特征………………………………………………………………… 36 3.4 调度系统风险等级划分方法………………………………………………………… 37 第4章 环境和设备类的行车调度运行风险分析 ………………………………………… 39 4.1 影响行调系统运行的环境和设备类运行风险发生频率分析……………………… 39 4.1.1 机械设备的故障率分析………………………………………………………… 39 4.1.2 环境对设备可靠性造成的影响………………………………………………… 40 4.1.3 危险因素发生频率历史统计分析……………………………………………… 41 4.1.4 危险因素分类及频率分析……………………………………………………… 43 4.1.5 危险因素的发生频率的概率密度估计………………………………………… 47 4.2 危险因素对列车晚点危害程度分析………………………………………………… 54 4.2.1 晚点列车数统计分析…………………………………………………………… 54 4.2.2 晚点列车数与危险因素作用关系分析………………………………………… 55 4.2.3 危险因素造成的危害程度分析………………………………………………… 56 4.3 环境和设备类危险因素对应的风险等级的划分…………………………………… 57 第5章 行车调度员人因失误分析 ………………………………………………………… 60 5.1 人因失误率预测技术………………………………………………………………… 60 5.1.1 人因失误概述…………………………………………………………………… 60 5.1.2 人因失误率计算方法(THERP)……………………………………………… 62 5.2 行车调度员人因失误概述…………………………………………………………… 64 5.3 基于THERP理论的行调人因失误率静态分析…………………………………… 67 5.4 基于马尔科夫链理论人因失误率动态分析………………………………………… 70 5.4.1 马尔科夫链基本理论…………………………………………………………… 70 5.4.2 基于马尔科夫理论的行车调度人员状态转移………………………………… 71 5.5 实例分析……………………………………………………………………………… 73 5.5.1 行车调度员执行任务时的动作单元界定……………………………………… 73 5.5.2 行调人因静态失误率…………………………………………………………… 74 5.5.3 行调人因失误动态状态概率…………………………………………………… 76 第6章 高速铁路调度员疲劳机理 ………………………………………………………… 78 6.1 调度人员疲劳风险分析……………………………………………………………… 78 6.1.1 疲劳的影响和危害……………………………………………………………… 78 6.1.2 行车调度员疲劳程度发展规律………………………………………………… 79 6.2 调度人员疲劳监测方法……………………………………………………………… 79 6.2.1 疲劳监测功能需求分析………………………………………………………… 79 6.2.2 疲劳监测体系架构设计………………………………………………………… 81 6.2.3 调度员疲劳监测模块功能结构设计…………………………………………… 83 6.2.4 疲劳监测方法的实现…………………………………………………………… 84 6.3 行车调度员疲劳规律实例研究……………………………………………………… 92 6.3.1 行车调度员疲劳程度数据的采集与处理……………………………………… 92 6.3.2 行车调度员疲劳程度及发展变化过程………………………………………… 93 第7章 高速铁路调度指挥系统专业调度台设置理论 …………………………………… 95 7.1 高速铁路调度指挥系统专业调度台设置概述……………………………………… 95 7.1.1 高速铁路调度指挥系统专业调度台的重要性………………………………… 95 7.1.2 高速铁路调度指挥系统专业调度台设置原则………………………………… 96 7.1.3 高速铁路调度指挥系统专业调度台设置思路………………………………… 97 7.2 高速铁路调度指挥系统行车调度台设置…………………………………………… 97 7.2.1 高速铁路行车调度台设置影响因素…………………………………………… 97 7.2.2 高速铁路行车调度工作负荷评估……………………………………………… 99 7.2.3 行车调度工作负荷与管辖区段繁忙程度的关系 …………………………… 103 第8章 高速铁路调度系统环境风险预警………………………………………………… 105 8.1 高速铁路环境风险分类 …………………………………………………………… 105 8.1.1 高速铁路环境风险组成 ……………………………………………………… 105 8.1.2 高速铁路环境风险特征 ……………………………………………………… 105 8.1.3 高速铁路环境风险的时空分布规律 ………………………………………… 106 8.2 高速铁路环境风险分析 …………………………………………………………… 107 8.2.1 大 风 ……………………………………………………………………… 107 8.2.2 降 雨 ……………………………………………………………………… 108 8.2.3 降 雪 ……………………………………………………………………… 109 8.2.4 雷 电 ……………………………………………………………………… 109 8.2.5 大 雾 ……………………………………………………………………… 110 8.2.6 地 震 ……………………………………………………………………… 110 8.2.7 异物侵限 ……………………………………………………………………… 110 8.3 环境风险影响下高速铁路调度指挥的应急处置流程分析 ……………………… 111 8.3.1 大 风 ……………………………………………………………………… 111 8.3.2 降 雨 ……………………………………………………………………… 112 8.3.3 降 雪 ……………………………………………………………………… 112 8.3.4 雷 电 ……………………………………………………………………… 113 8.3.5 大 雾 ……………………………………………………………………… 113 8.3.6 地 震 ……………………………………………………………………… 113 8.3.7 异物侵限 ……………………………………………………………………… 113 8.3.8 实例分析 ……………………………………………………………………… 114 8.4 高速铁路环境风险预警原理 ……………………………………………………… 115 8.4.1 基于灰色关联度分析法的高速铁路环境灾害风险分析 …………………… 115 8.4.2 灰色关联度计算 ……………………………………………………………… 117 8.4.3 关联度计算结果分析 ………………………………………………………… 123 第9章 高速铁路运力资源管理与预警…………………………………………………… 125 9.1 调度指挥运力资源分析 …………………………………………………………… 125 9.1.1 运力资源运用的特点 ………………………………………………………… 125 9.1.2 高速铁路运力资源分类 ……………………………………………………… 125 9.2 预警总体流程与级别划分方法 …………………………………………………… 126 9.2.1 预警总体流程 ………………………………………………………………… 126 9.2.2 预警级别总体划分方法 ……………………………………………………… 127 9.3 区间线路冲突预警技术 …………………………………………………………… 128 9.3.1 区间线路冲突判定 …………………………………………………………… 128 9.3.2 区间线路冲突预警关键技术 ………………………………………………… 129 9.3.3 区间冲突预警流程与级别判定 ……………………………………………… 134 9.4 到发线运用冲突预警技术 ………………………………………………………… 135 9.4.1 到发线运用冲突判定 ………………………………………………………… 135 9.4.2 到发线运用冲突预警流程与级别判定 ……………………………………… 135 9.5 动车组运用冲突预警技术 ………………………………………………………… 137 9.5.1 动车组运用冲突判定 ………………………………………………………… 137 9.5.2 动车组运用冲突预警流程与级别判定 ……………………………………… 137 9.6 乘务组运用冲突预警技术 ………………………………………………………… 139 9.6.1 乘务组运用冲突判定 ………………………………………………………… 139 9.6.2 乘务组运用冲突预警流程与级别判定 ……………………………………… 139 第10章 高速铁路调度指挥实时风险分析预警系统设计 ……………………………… 141 10.1 系统功能需求分析及总体功能框架……………………………………………… 141 10.1.1 系统功能需求分析…………………………………………………………… 141 10.1.2 预警系统总体功能框架……………………………………………………… 144 10.2 预警卫士模块设计………………………………………………………………… 146 10.2.1 环境风险预测模块…………………………………………………………… 146 10.2.2 设备风险预测模块…………………………………………………………… 147 10.2.3 运力资源风险预测模块……………………………………………………… 148 10.3 应急处置管理模块功能设计……………………………………………………… 148 10.3.1 应急辅助决策模块…………………………………………………………… 148 10.3.2 应急预案智能匹配模块……………………………………………………… 149 10.3.3 应急处置管理模块…………………………………………………………… 152 10.3.4 系统部署与测试……………………………………………………………… 152 第11章 高速铁路调度指挥风险预警系统数据库设计 ………………………………… 156 11.1 风险预警系统数据库分析………………………………………………………… 156 11.1.1 风险预警系统数据库需求分析……………………………………………… 156 11.1.2 开发与运行环境选择………………………………………………………… 157 11.2 风险预警系统数据库设计与实现………………………………………………… 157 11.2.1 非结构化数据的结构化处理………………………………………………… 157 11.2.2 预警系统数据库结构设计…………………………………………………… 158 11.3 风险预警数据库操作……………………………………………………………… 164 11.3.1 数据库创建、配置和连接 …………………………………………………… 164 11.3.2 数据录入、查询及修改 ……………………………………………………… 168 参考文献……………………………………………………………………………………… 170