铁道的安全评估-

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1、铁道的安全评估摘要“高铁”以其科技含量高、运行速度快、乘坐舒适等优点闻名于世。但其不断提升的速度直接影响着行车的安全，关乎公共安全和人民生命、环境保护。一旦发生事故，后果不堪设想。2011年7月23日的“温州动车追尾事件”、1998年6月3日的“德国动车出轨事件”，悲惨的事故背后折射出安全的重要性。 移动通信技术的普遍应用极大地推动力轨道交通列车运行控制CBTC系统的发展。本文研究CBTC移动闭塞列车运行安全间隔时间的运算方法，推导出移动闭塞和准移动闭塞列车运行安全时间计算公式，并对两者进行计算及分析。本文比较移动闭塞和准移动闭塞的技术差异，提出城市轨道交通列车运行安全间隔时间的计算方法，推导

2、出移动闭塞和准移动闭塞列车运行安全间隔时间的计算方法，对两者进行计算及比较。可知，列车以相同的速度运行，移动闭塞列车运行安全间隔时间比准移动闭塞列车运行安全间隔时间缩短的越多；列车安全空间间隔距离一定时，移动闭塞列车运行安全间隔时间较准移动闭塞列车安全间隔时间越接近。“高铁”不仅是铁路和机车的简单组合，而是由电网、保护、通讯等多个系统的关联融合，而这些系统的正常运行需要较长时间的相互磨合、逐步监测，一蹴而就“硬上马”“高铁”违背事物发展的客观规律。也不利于在实践中发现问题。安全工作是城市轨道交通建设、运营安全的有力保证。为保障轨道交通安全的运行，需要对轨道交通进行安全性评价，针对影响交通安全的

3、各种因素，采取定性和定量相结合的方法，从运营管理、设施设备、从业人员及外部条件等四个方面，建立了层次结构的评价指标，根据层次分析法，确立了各项评价指标的权重，用模糊数学方法，建立了轨道交通安全性评价的二级模糊综合评价模型，对轨道交通的安全性，进行了综合评价，以对南京市铁道系统为实例进行分析，说明了模糊评价模型的实用性和合理性。关键字 CBTC系统 层次分析法 模糊数学方法 定性和定量相结合 一、问题重述2011年7月23日晚上20点30分左右，甬温线永嘉站至温州南站间，北京南至福州D301次列与车杭州至福州南D3115次列车发生追尾事故，事故已造成40人死亡，200多人受伤。在过去几年里，铁道

4、部官员多次宣称，我国自主研发的自动闭塞系统可防止动车追尾。时任铁道部运输局局长、副总工程师张曙光(2011年2月28日，张因涉嫌经济犯罪被停职审查)曾表示，中国已自主研发出世界领先的“动车防追尾系统”(主要指自动闭塞系统)，可将高速运行的两列动车组的间隔时间控制在5分钟，“就是控制同一条铁路上多列动车组安全间隔时间，信息通过钢轨传送到动车组的车载系统，防止列车追尾事故的发生。”根据铁道部2009年发布的铁路客运专线技术管理办法(试行)(200km/h250km/h部分)，动车的信号系统主要包括计算机联锁系统、列车运行控制系统(CTCS)、调度集中系统(CTC)和信号集中监测系统等。上海铁路局上

5、述人士告诉中国经济周刊：“如果系统失效，监控中心仍然可以看到列车的运行情况，应该可以制止D301继续前行，以免酿成惨剧。即使退一万步来说，铁路部门作为半军事化管理单位都配备有铁路电话，前方列车完全有能力通知监控中心或后方列车，自己的运行出现了事故，但这些都没有起到作用，这才是整个事件吊诡的原因。”7月28日，上海铁路局新任局长安路生表示，根据初步掌握的情况分析，“723”动车事故是由于温州南站信号设备在设计上存在严重缺陷，遭雷击发生故障后，导致本应显示为红灯的区间信号机错误显示为绿灯。存在设计缺陷的信号设备由北京一家研究设计院设计，2009年9月28日投入使用。请各队完成下列工作：1.建立高速

6、运行的两列动车组的间隔时间的数学模型，根据我国实际情况，并根据具体线路进行实际计算。2.根据我国实际情况，建立乘坐高铁的安全性综合评价模型，通过计算给出旅客出行的一些建议。3.根据你们的分析，就安全问题给铁道部写一封建议书。二、问题分析列车运行安全间隔时间的计算是轨道交通系统的主要指标之一，它反映了系统的最大载客能力，并直接影响系统的设计标准与复杂程度，从而影响造价，同时还表明了系统的适应性和灵活性。CBTC属于移动闭塞系统。移动闭塞系统是一种区间不分割，根据连续检测先行列车位置和速度进行列车间隔控制，确保后续列车不会与先行列车发生冲突，能够安全行车的列车间隔控制系统，其工作原理如图1所示：移

7、动闭塞系统与准移动闭塞系统相比：移动闭塞系统的线路没有固定划分的闭塞分区，列车间隔是动态，并随前一列车的移动而移动，通过连续有效数据进行CRC校验码的设计。数据接收端收到数据帧后，通过运算比较，再进行相应的信息处理。如校验不通过，要进行相应的故障安全处理；而准移动闭塞系统的线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用，采用音频数字轨道电路作为列车定位与信息传输，实现列车非连续定位，定位单位的最小长度是音频数字轨道电路的长度。本文提出高速运行的两列动车组的间隔时间的计算方法，推导出移动闭塞和准移动闭塞列车运行安全间隔时间计算公式，并对两者进行仿真及分析。三、模型假设1.两辆

8、动车的行驶方向一致。3.驾驶员的反应时间忽略不计。4.假设列车制动系统性能良好。5.不考虑外界因素对列车追尾的影响。6.前后两列车具有相同的启动加速度、制动减速度、车长、制动反应时间。四、符号说明a-启动加速度b-制动减速度-车长-制动反应时间-区间最大允许速度-轨道电路区段后端防护段 L-两列车之间的间隔距离-准移动闭塞列车运行安全间隔时间-移动闭塞列车运行安全间隔时间五、模型建立与求解1.列车运行安全间隔时间的计算高速运行的两列动车组的间隔时间是决定区间通过能力的关键因素之一，是追踪运行的两列车间的最小允许间隔时间，如图2所示。其数值是根据追踪运行的两列车的后续列车头部到前行列车头部计算得

9、到。在理想情况下，列车应该严格按照牵引曲线运行。此时，只需根据速度曲线计算追踪运行列车在区间任意位置上的间隔时间，并取其中最大间隔时间作为列车在整个区间内最总运行的间隔时间，这样既能保证列车安全，又能得到理想的区间通过能力。1.1准移动闭塞列车运行安全间隔时间的计算以数字轨道电路为基础的准移动闭塞，其最小定位单位（量化单位）为。在准移动闭塞中，列车之间的间隔距离L表示为的整数倍，即：如图二所示，两列车之间的距离，即后续列车进路行驶距离为： （1）考虑到列车运营停车点和定位单位分界处的分布最不利的情况下，N取其中INT 表示取整运算。将分为、三部分计算，分别如下。（1）当，且，即列车1以加速度a

10、出车站并驶过，则有：当，且，即列车1以加速度a运行达到，再以速度匀速运行，共驶过距离，则有：（2）其值为：1.2移动闭塞列车运行安全间隔时间的计算 在移动闭塞条件下，前后两列车的最小安全间隔指的是：前行列车1刚刚车车站，且驶过安全保护段，后续列车则以区间最大允许速度行驶，并位于距车站出口的距离正好等于列车制动距离加上制动反应时间内列车驶过的距离。所以，可将列车运行安全间隔时间分成、三部分，分别如下: （1）：先行列车1出清车站并驶过安全防护区段，其计算与准移动闭塞的 相同。 （2）：后续列车2以行驶时间，由信号控制系统性能决定，包括车地信息传输与处理时间和操作制动器的反应时间。（3）：后续列车

11、2以开始制动到停稳的时间。其值为。所以，移动闭塞列车运行按去那间隔时间为：1.3移动闭塞和准移动闭塞列车运行安全间隔时间比较准移动闭塞列车运行安全间隔时间计算公式（2）和移动闭塞列车运行安全间隔时间（3）进行比较，可得 （4）2计算及结果分析 2.1计算设定如下参数： 列车长度=120m;保护区长度=60m；启动加速度a=1m/制动加速度制动反应时间=1s 根据式（2）分别计算 为50、80、110、150m时的，以及根据式（3）计算。和随的变化情况如图3所示。 图3 移动闭塞和准移动闭塞列车运行安全间隔时间图4 移动闭塞和准移动闭塞列车运行安全间隔时间比较图图4是分别为50、80、110、1

12、50m时，随的变化情况。2.2结果分析根据结果计算，对图3、4分析可得如下结论。（1）当一定时：越大，越大，并随增大而明显增大；不随 变化，并在=38km/h处取得最优值时，=35.06s；越大，越大。即列车以相同的速度行驶，列车安全间隔越大，移动列车运行安全间隔时间比移动闭塞列车运行安全时间缩短得越多。表1、2、3所示分别是为80、120、160km/h时， 移动闭塞和准移动闭塞列车运行安全间隔时间比较结果。（2）当一定时：随的增大变化相对较小；在38km/h时随的增大而增大。随的增大变化相对较小。即列车安全间隔距离一定时，列车的运行速度越大，移动闭塞列车运行安全间隔时间和准移动闭塞列车运行

13、安全间隔时间越接近。为110、150m时，移动闭塞和准移动闭塞列车运行安全间隔时间比较如表4、5所示。（3）在较大（如120km/h）时， 及随的变化相对较小。即在列车速度较大时，随着列车安全间隔的增大，移动闭塞列车运行安全间隔时间和准移动闭塞列车运行安全间隔时间比较接近。移动闭塞制式下，后续列车的最大制动目标点比准移动闭塞更靠肩先行列车，可减少连发列车间隔时分，缩短追踪列车间隔时间，增加行车密度，提高线路输送能力。使运营公司有条件实现“小编组、高密度”，在满足同等客运需求条件下，减少旅客候车时间，缩小站台宽度和空间。问题二 高铁交通安全综合评价模型2.1轨道交通安全影响因素分析考虑到轨道交通

14、的复杂性，影响轨道交通安全性的因素有很多，主要因素有四个方面：（1） 运营管理轨道交通需要合理而高效的运营管理。当运营管理方面出现问题，轨道交通就会存在安全风险，其安全性也会大大降低。（2） 设备设施轨道交通是一个复杂而庞大的系统，要想把乘客安全、快速地先护送到安全地，顺利地完成运送任务，需要轨道交通各子系统协调运作。而系统中任一部分出现故障，就可能造成重大的安全事故。因此设备设施是影响轨道交通安全的重要因素。（3） 从业人员轨道交通设备设施的检修维护和管理都离不开硅胶交通的从业人员，从业人员的素质直接关系到轨道交通的安全性。（4） 外部因素外部因素包括自然灾害、人为因素及外部条件。2.2构建

15、轨道交通安全性评价指标体系2.21轨道交通安全性评价指标根据全面性、科学性、可比性及可操作性的评价原则，结合轨道交通安全性的主要影响因素，选取如图1所示的评价指标，并构建轨道交通安全性评价指标体系。该指标体系分为三个层次。第一层次为轨道交通安全性；第二层次为运营管理、设备设施、从业人员及外部因素等四个方面；第三层次为轨道交通安全性评价的各个具体指标。评价指标用分值用（01）表示。2.22利用层次分析法确定指标的权重层次分析法是建立在系统理论基础上的一种解决实际问题的方法。运用层次分析法确定轨道交通安全性评价指标的权重，具体步骤可分为：（1） 建立层次结构。设目标层A:轨道交通安全性；准则层B：运营管理，设备设施，从业人员，外部因素;指标层C轨道交通安全性评价的各个具体指标。（2） 构造准则层B对目标层A的比较矩阵，得到权重W，并进行一致性检验。（3） 构造指标层C对准则层的比较较矩阵，分别得到相对应的权重，并进行一致性检验。（4） 求出指标层C相对于目标层A的权重（层次总排序）。