城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理脆弱性的評(píng)價(jià)及控制研究.pdf

1、城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為城市公共交通的重要組成部分，是一個(gè)復(fù)雜的公共交通系統(tǒng)，一旦發(fā)生運(yùn)營(yíng)事故，輕則造成列車晚點(diǎn)或停運(yùn)、乘客滯留無(wú)法疏散，重則造成全線路網(wǎng)癱瘓、重大設(shè)備毀壞、人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失。隨著投入運(yùn)營(yíng)的城市地鐵線路越來(lái)越多，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)條件下的地鐵運(yùn)營(yíng)安全問(wèn)題引起了眾多研究人員和從業(yè)者的廣泛關(guān)注。地鐵運(yùn)營(yíng)事故的統(tǒng)計(jì)分析表明:設(shè)備設(shè)施易受干擾而產(chǎn)生的性能退化、運(yùn)行故障及其傳播是導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)事故發(fā)生的主要原因。因此，研究城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物

2、理脆弱性對(duì)提高地鐵運(yùn)行安全具有重大的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本論文從脆弱性的研究視角出發(fā)，分析了地鐵系統(tǒng)物理脆弱性的形成機(jī)理，采用科學(xué)合理的方法識(shí)別、評(píng)價(jià)地鐵系統(tǒng)物理脆弱源，并提出物理脆弱性的控制方法和措施。
　　(1)作者通過(guò)對(duì)大量已有研究文獻(xiàn)的梳理，總結(jié)了安全風(fēng)險(xiǎn)及脆弱性研究的理論與方法，闡述了脆弱性的研究現(xiàn)狀和研究方向，指出了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)脆弱性的研究不足。在此基礎(chǔ)上，介紹了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的概念、物理構(gòu)成及運(yùn)營(yíng)特征，分析了城

3、市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理脆弱性的內(nèi)涵、特性及形成機(jī)理。進(jìn)而，確定了物理脆弱性的研究層次，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?、設(shè)備設(shè)施層和故障模式層，其中，故障模式是物理脆弱性激發(fā)的直觀后果。
　　(2)基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，提出了網(wǎng)絡(luò)脆弱性的測(cè)度方法，闡述了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法，并以信號(hào)系統(tǒng)為例進(jìn)行了實(shí)證分析。本論文將城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分解為31個(gè)功能模塊，分析各功能模塊之間的物理關(guān)系和功能關(guān)系，運(yùn)用Pajek軟件構(gòu)建了UMNS物理網(wǎng)絡(luò)模型。用Pa

4、jek軟件構(gòu)建了物理網(wǎng)絡(luò)模型。在基本拓?fù)涮卣鞣治龅幕A(chǔ)上，提出了仿真策略，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)脆弱性的測(cè)度方法研究了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理脆弱性，識(shí)別了關(guān)鍵的脆弱域。研究結(jié)果表明:基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行脆弱性研究是可行的，脆弱性最高的兩個(gè)子系統(tǒng)分別是列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和車輛系統(tǒng);在失效順序方面，脆弱性從高到低的三種失效順序依次為度順序、介數(shù)順序、隨機(jī)順序;在失效規(guī)模方面，脆弱性符合帕累托定律，20％的重要節(jié)點(diǎn)失效會(huì)造成80％的系統(tǒng)功能

5、喪失。
　　(3)在分析地鐵系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施運(yùn)營(yíng)特征的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理脆弱點(diǎn)的脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括:千公里故障率、抗干擾能力、功能影響度、運(yùn)營(yíng)影響度、安全危害度、故障難檢度六大指標(biāo)，建立了基于灰色關(guān)聯(lián)分析法和逼近理想解法（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，TOPSIS）的城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理脆弱點(diǎn)評(píng)價(jià)模型。本論文中以車輛系統(tǒng)為

6、例，通過(guò)實(shí)地調(diào)研和專家問(wèn)卷獲取研究資料，運(yùn)用模糊集理論進(jìn)行量化處理，所得數(shù)據(jù)為車輛系統(tǒng)的物理脆弱點(diǎn)提供了有力支撐。研究表明:基于灰色關(guān)聯(lián)TOPSIS方法對(duì)物理脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)是可行的;在車輛系統(tǒng)中，車門系統(tǒng)的脆弱性最高，其次是列車控制與管理系統(tǒng)。
　　(4)基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)免疫理論和熵增原理，結(jié)合地鐵系統(tǒng)的物理脆弱性的層次化特征，提出了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理脆弱性的控制策略，即控制關(guān)鍵脆弱域中設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)。基于該控制策略，作者分析了

7、地鐵系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的演化過(guò)程，闡述了劣化度的分析方法，構(gòu)建了設(shè)備設(shè)施狀態(tài)評(píng)價(jià)模型，以輪對(duì)設(shè)備為例進(jìn)行了實(shí)證分析。設(shè)備設(shè)施狀態(tài)評(píng)價(jià)可以為設(shè)備狀態(tài)預(yù)警閾值提供重要的參考依據(jù)，對(duì)提高設(shè)備設(shè)施的維護(hù)效果具有重大的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。作者在總結(jié)維護(hù)方式發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，提出了面向物理脆弱性控制的設(shè)備設(shè)施維護(hù)方式的邏輯決策圖。研究表明:論文提出的物理脆弱性控制策略是科學(xué)合理的，在技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)可行的條件下，預(yù)防性維護(hù)可以極大的降低物理脆弱性的

8、激發(fā)概率。
　　(5)物理脆弱性激發(fā)的直接后果就是各種各樣的故障模式及其傳播，從而造成不確定范圍內(nèi)設(shè)備設(shè)施的功能失效或崩潰，從故障預(yù)控的角度進(jìn)行物理脆弱性的控制研究顯得十分必要。作者通過(guò)實(shí)地調(diào)研和專家問(wèn)卷獲取研究資料，利用模糊集理論進(jìn)行量化處理獲取了所需數(shù)據(jù)?；诠收夏Ｊ健⒂绊懪c危害性分析(Failure Mode，Effects andCriticality Analysis，F(xiàn)MECA)方法分析設(shè)備設(shè)施的故障模式，運(yùn)用影響圖理