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城市轨道交通CBTC系统弹性评估方法研究

魏群

  城市轨道交通具有快速、安全、运量大等优点,是解决城市拥堵等大城市病的有效手段。基于通信的列车控制系统(Communication-Based Train Control,CBTC)作为先进的信号系统,是保证轨道交通安全高效运营的基础。信号设备故障易造成列车运行秩序紊乱,影响乘客出行。故障影响与线路线型、列车运行计划、系统后备模式和应急处置措施等因素都有密切关系,使得故障后的故障阶段和运营恢复阶段的系统效率变化各异。因此,对信号故障后系统效率的动态变化进行准确的建模和计算以评估故障影响,对减轻故障影响、优化系统设计具有重要意义。目前,信号系统中广泛使用的RAMS(Reliability,Availability,Maintainability,Safety)指标仅能反映系统在特定条件下的故障次数和持续时间等统计特征,难以连续体现故障影响变化。因此,针对现有故障影响评价指标不足的问题,本文提出将系统弹性作为CBTC系统故障影响评价指标,以反映故障过程中系统性能的动态变化。论文的主要创新点如下:(1)提出CBTC系统弹性定义。建立CBTC系统控制等级转换过程的信息流交互模型。结合升降级过程中线路运营效率的变化规律,将CBTC系统弹性定义为系统吸收故障、适应故障并从故障中恢复的综合能力,分析了各弹性特征的影响因素。以定量评价为目标,提出通用的CBTC系统弹性评估框架。(2)提出基于系统指标的CBTC系统弹性评估方法(Performance-Based Resilience Assessment for CBTC System,PRAC),以研究故障对运营效率产生的影响。分别从CBTC系统技术维度和组织维度选取系统指标,基于列车追踪模型给出系统指标的计算方式和弹性计算方式。以典型CBTC故障场景为案例对三种指标进行对比研究,结果表明以列车到站间隔为系统指标的PRAC方法更精准的反映运营效率的变化。设计并搭建轨道交通运营仿真平台,实现信号故障注入,仿真故障影响,计算系统弹性。(3)提出基于系统结构的CBTC系统弹性评估方法(Structure-Based Resilience Assessment for CBTC System,SRAC),以研究系统结构变化对系统性能产生的影响。以信号设备为节点,不同控制等级下的设备信息流为连边,建立CBTC系统网络。将网络中规定路径的可达程度作为网络拓扑特征,采用事件驱动方式描述网络性能的动态变化,实现网络弹性评估。对某CBTC线路建立网络模型,结合Pajek软件分析得出CBTC系统网络具有无标度拓扑特征。最后,以系统故障引起的运营事故为案例,分别利用PRAC和SRAC方法评……   
[关键词]:CBTC system;Resilience;Failure;Resilience triangle curve;System indicator;Network performance
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:北京交通大学2019年
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