高速鐵路信號系統失效機理及風險控制研究

《高速鐵路信號系統失效機理及風險控制研究》是依託北京交通大學，由曹源擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速鐵路信號系統失效機理及風險控制研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：曹源
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

高速鐵路信號系統是確保列車安全和高效運行的關鍵裝備。然而高鐵信號系統面臨以下挑戰：硬體集成與軟體密集使得高鐵信號系統故障特徵呈現非單調規律；高鐵信號系統及接口複雜使得風險呈現出快速性、互動性與突變性；COTS部件作為黑盒產品安全舉證難度大。本項目針對上述挑戰展開三方面研究：（1）高速鐵路運行風險失效耦合機理及時空演化規律；（2）高速鐵路信號系統健康感知/管理與風險防控；（3）基於COTS的信號系統故障機理分析與安全保障。項目旨在解決高鐵信號系統“風險耦合與演化”、“健康感知”、“COTS部件安全舉證與測試”三大關鍵科學問題，為我國既有高鐵信號系統以及下一代基於COTS部件的信號系統提出一套體系化的失效機理與風險致因基礎理論，並建立適於我國高鐵信號系統的風險防控體系與技術方法。

結題摘要

高速鐵路信號系統是確保列車安全和高效運行的關鍵裝備，然而高鐵信號系統面臨以下挑戰：硬體集成與軟體密集使得高鐵信號系統故障特徵呈現非單調規律；高鐵信號系統及接口複雜使得風險呈現出快速性、互動性與突變性；COTS部件作為黑盒產品安全舉證難度大。因此面對以上問題，項目完成了以下研究：項目構建了基於經驗知識的危險源資料庫，建立了列控系統關鍵設備的相關風險特徵模型及失效模型，探明了高鐵信號關鍵設備的特性突變與失效耦合機理，揭示高鐵信號系統失效風險耦合機理與時空演化規律；建立了基於領域先驗知識集的高鐵信號系統故障診斷模型，實現對系統健康狀態感知；建立了形式化的高鐵信號系統安全需求模型，通過模型檢驗和定理證明的方式驗證了需求的一致性；建立了基於“安全核+故障樹”的風險識別與失效危害度分析，保證基於COTS部件的高鐵信號系統的整體安全性；構建面向既有高鐵以及下一代高鐵信號系統的風險防控平台，實現了對風險防控效果的評價。研究結果具體如下：在國內外學術期刊或會議發表論文71篇（含已接受待發表論文10篇），其中JCR1區論文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熱點論文1篇，ESI高被引論文3篇；申請國家發明專利10項，授權國家發明專利3項；共培養33名碩博研究生，其中碩士18名，博士3名；項目組成員2人次入選省部級人才計畫；項目成員以第一完成人身份，獲得國家科技進步獎二等獎1項、鐵道科技獎一等獎2項。項目故障診斷以及風險防控的部分成果也在現場得到了套用，實現了多起可能導致安全事故的設備故障預警，為現場運營安全提供了有力保障，為高速鐵路信號系統的故障診斷與運維保障的提供了重要的理論基礎。項目成果已成功套用於成都、昆明等鐵路局600餘個站場，且延伸套用於動車組監測領域，有力保障了信號關鍵設備以及中車唐車公司運營動車組的運行安全，降低了運維成本，創造了良好的社會和經濟效益。