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原文传递高速铁路CTC系统的可靠性建模与评估方法研究

论文题名：	高速铁路CTC系统的可靠性建模与评估方法研究
关键词：	高速铁路;调度集中系统;可靠性;评估指标
摘要：	社会经济的发展以及科学技术的进步，使得计算机系统变得越来越复杂，其面临的系统可靠性问题也日益突出。高速铁路调度集中(CTC)系统作为一个复杂的计算机系统，既是高速铁路调度指挥不可缺少的行车设备，也是保障列车准点、有序运行的重要管理设施。与普通铁路相比，高速铁路具有发车密度大、速度快、载客量大等特点，但同时要求具备很高的可靠性，因为一旦发生故障，其危害性和社会影响都是极其深远的。　　目前，关于系统可靠性的理论体系已经较为完善并且进入推广应用阶段。本文将在现有系统可靠性理论与方法的基础上，综合系统工程思想，围绕CTC系统的主要构成要素，即硬件系统、软件系统、系数数据、调度指挥人员等开展系统可靠性建模与评估方面的研究，目的是为CTC系统的可靠性研究提供一种思路、借鉴。　　本文研究内容及主要成果如下: 　　(1)系统梳理CTC系统的结构、功能、可靠性影响的关键因素及故障机理，从系统要素层面上框定了本文的研究对象。　　(2)针对两种不同结构的车站自律机系统，通过分析它们的系统结构及工作原理，综合考虑分机的失效率、故障检出率等因素，构建了基于马尔可夫(Markov)过程的系统可靠性和安全性模型。案例分析结果表明，双机热各自律机系统比二乘二取二自律机系统具有更高的可靠性，但二乘二取二自律机系统比双机热各自律机系统具有更高的安全性。　　(3)针对硬件系统可靠性分析中存在的动态性与模糊性问题，首先采用动态故障树(DFT)建立两种自律机系统的可靠性模型，然后将分机的失效率和故障检出率进行三角模糊化，并且利用Markov模型得到系统的模糊状态转移矩阵，最后通过拉普拉斯变换得到系统模糊可靠度。采用与(2)中相似的案例进行分析，证实了双机热备系统的可靠性仍然高于二乘二取二系统。　　(4)针对CTC系统软件的实时性，以及模块的功能化和结构化等特点，综合考虑各个任务模块的执行时间比例、失效率、重要度等因素，构建了基于实时多任务的软件系统可靠性评估模型。将带有6个调度功能模块的CTC系统软件作为上述模型的案例研究对象，分析结果表明，计划调度任务模块相比其它任务模块对系统软件可靠性的影响更大，通过降低计划调度任务模块的失效率，可以大幅提高CTC软件的可靠性。　　(5)根据CTC系统的数据分类及流向关系，首先建立了数据可靠性的综合评估指标体系，然后构建了基于层次分析法(AHP)和信息熵的数据可靠性评估模型。采用该模型对某局CTC系统的实际数据进行可靠性评估，分析结果显示，基本计划类数据、实施计划类数据、调度指挥类数据的可靠度下限分别为0.8687、0.9229、0.8661，系统综合数据（包含上述三类数据）的可靠度下限为0.8802。　　(6)将CTC系统中的调度指挥人员划分为决策人员和操作人员，然后在SRK人因失误数据库的框架下，基于情景分析和集对理论，构建了基于情景的人因可靠性模糊综合评价模型。案例分析结果表明，在超负荷工作下，操作人员的可靠性仅降低了0.04％，并且操作人员的可靠性并未随着工作时间的增长而出现明显降低;但是决策人员的可靠性降低了2.29％，并且决策人员的可靠性随着工作时间的增长出现了明显降低。
作者：	高博文
专业：	交通信息工程及控制
导师：	张琦
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2017
正文语种：	中文