高速铁路信号系统失效机理及风险控制研究

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。因此面对以上问题，项目完成了以下研究：项目构建了基于经验知识的危险源数据库，建立了列控系统关键设备的相关风险特征模型及失效模型，探明了高铁信号关键设备的特性突变与失效耦合机理，揭示高铁信号系统失效风险耦合机理与时空演化规律；建立了基于领域先验知识集的高铁信号系统故障诊断模型，实现对系统健康状态感知；建立了形式化的高铁信号系统安全需求模型，通过模型检验和定理证明的方式验证了需求的一致性；建立了基于“安全核 故障树”的风险识别与失效危害度分析，保证基于COTS部件的高铁信号系统的整体安全性；构建面向既有高铁以及下一代高铁信号系统的风险防控平台，实现了对风险防控效果的评价。研究结果具体如下：在国内外学术期刊或会议发表论文71篇（含已接受待发表论文10篇），其中JCR1区论文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热点论文1篇，ESI高被引论文3篇；申请国家发明专利10项，授权国家发明专利3项；共培养33名硕博研究生，其中硕士18名，博士3名；项目组成员2人次入选省部级人才计划；项目成员以第一完成人身份，获得国家科技进步奖二等奖1项、铁道科技奖一等奖2项。项目故障诊断以及风险防控的部分成果也在现场得到了应用，实现了多起可能导致安全事故的设备故障预警，为现场运营安全提供了有力保障，为高速铁路信号系统的故障诊断与运维保障的提供了重要的理论基础。项目成果已成功应用于成都、昆明等铁路局600余个站场，且延伸应用于动车组监测领域，有力保障了信号关键设备以及中车唐车公司运营动车组的运行安全，降低了运维成本，创造了良好的社会和经济效益。 2100433B

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。

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。