高速铁路信号系统安全评估基础理论与方法研究

高速铁路信号系统是复杂的社会技术系统，随着我国高速铁路系统安全评估实施的不断深入，面临着“系统技术复杂”、“安全特征复杂”、“缺乏高质量客观证据有效评估方法”等难题。本项目围绕“提高和保证高速铁路信号系统独立安全评估有效性和可信性”这一科学问题，设置了事故致因机理、安全论证方法、第三方安全测试方法等三个研究内容。项目主要研究成果体现为： 1.完成了高速铁路信号系统事故致因要素及其耦合关系，提出了基于系统论的高速铁路信号系统定性危险辨识与分析方法。运用神经网络、机器学习等分析方法，分析了高铁信号事故的致因要素和不同要素的趋势特征。 2. 提出了基于复杂网络理论的高速铁路系统信号系统安全风险状态的分析方法。针对信号系统“主动安全防护”特征，实现对高速铁路信号危险的时序特征、概率特征的辨识和计算。针对信号系统“定制化开发”特征，提出了场景驱动的信号危险分析架构，并形成高速铁路信号系统危险分析工具，生成高速铁路信号系统危险数据库。 3. 提出了基于安全证据链建模方法与可信性评价方法，建立信号系统高速铁路信号系统安全证据链的基本结构。提出了将轨道交通所应用的信号系统安全标准的参考概念框架模型，提出了统一的证据链构建思想，并提出了证据链的可信性评价机制，成果应用在高速铁路信号工程安全评估示范案例中。 4.提出了基于危险驱动的高速铁路信号系统第三方安全测试危险场景构建与自动案例生成技术。引入变异测试技术，研究了高速铁路信号系统测试案例自动生成、评价和优化方法，建立了符合高速铁路信号系统第三方安全测试的危险驱动机制，提出了时间自动机模型的混合在线一致性测试方法，搭建了安全测试平台环境。 本项目对高速铁路信号系统安全评估所涉及关键技术环节提出了可实施的解决方案，对于提升我国高速铁路信号系统安全评估实施质量，提高我国高速铁路信号系统整体安全水平，保证高速列车安全高效运行具有重要的基础性和战略性意义。

高速铁路信号系统是复杂的社会技术系统，提高和保证高速铁路信号系统独立安全评估有效性和可信性，面临着“系统技术复杂”、“安全特征复杂”、“缺乏高质量客观证据有效评估方法”等难题。本项目拟通过建立高速铁路信号系统事故致因模型，系统地揭示高速铁路信号系统中人-机-环等方面事故诱导机制、成因链及危险演化传播规律，提出适合我国高速铁路信号系统特点的安全风险分析方法。研究各类安全证据的属性和分类，建立高速铁路信号证据链模型，形成适用于高速铁路信号系统安全评估的证据链维护与管理技术。研究高速铁路信号系统通用安全论证模式，提出安全论证可信性的评价技术。建立高速铁路信号系统安全测试需求模型，提出适合于高速铁路信号系统第三方安全测试方法及测试案例生成技术，构建一个第三方安全测试技术验证的示范平台。本项目研究对于提高我国高速铁路信号系统整体安全水平，保证高速列车安全高效运行具有重要的基础性和战略性意义。

高速铁路信号系统课程共六章，首先讲授高速铁路信号系统的功能和作用，并讲授高速铁路信号基础设备和相关控制系统的基本结构、工作原理、结构特点及设计方法。其内容主要包括：高速铁路信号系统概述（高速铁路简介、铁路信号作用、铁路信号关键技术、高速铁路信号系统特征等基本知识）、高速铁路信号系统基础设备（铁路信号机、道岔、轨道电路、应答器）、车站信号控制系统（系统功能、车站作业类型及作业方式、系统结构和类型、车站控制原理等）、区间闭塞控制系统（闭塞、自动闭塞、移动闭塞等）、列车运行控制系统（列控系统的分类、中国国外典型列控系统、中国列车运行控制系统CTCS）、调度指挥系统六部分内容。

高速铁路信号系统课程背景

高速铁路信号系统是高速铁路中枢神经，对保障高速铁路运行速度、运行效率及运行安全具有关键作用。

高速铁路信号系统课程定位

高速铁路信号系统课程是一门集中介绍高速铁路信号技术的专业课，学生可以通过学习该课程来了解、掌握高速铁路信号技术的基本方法、基本理论与系统结构，对学生从事高速铁路信号技术应用、维修维护和创新设计的能力具有作用。

高速铁路信号系统适应对象

该课程既适用于铁路信号程领域人员对高速铁路信号系统知识的拓展，也适用于想学习高速铁路知识的非专业人群。

高速铁路信号系统是确保列车安全和高效运行的关键装备。然而高铁信号系统面临以下挑战：硬件集成与软件密集使得高铁信号系统故障特征呈现非单调规律；高铁信号系统及接口复杂使得风险呈现出快速性、交互性与突变性；COTS部件作为黑盒产品安全举证难度大。本项目针对上述挑战展开三方面研究：1）高速铁路运行风险失效耦合机理及时空演化规律；2）高速铁路信号系统健康感知/管理与风险防控；3）基于COTS的信号系统故障机理分析与安全保障。项目旨在解决高铁信号系统“风险耦合与演化”、“健康感知”、“COTS部件安全举证与测试”三大关键科学问题，为我国既有高铁信号系统以及下一代基于COTS部件的信号系统提出一套体系化的失效机理与风险致因基础理论，并建立适于我国高铁信号系统的风险防控体系与技术方法。