一种基于5m模型的轨道交通安全分析方法
技术领域
1.本发明涉及轨道交通列车运行安全技术领域，尤其是涉及一种基于5m模型的轨道交通安全分析方法。


背景技术：

2.轨道交通是现代城市运转的重要组成部分，其安全性与人们生活密切相关，随着通信、控制、计算机、人工智能等新技术的发展，使得轨道交通自动化程度越来越高，道路交通行业正在如火如荼地进行无人驾驶的开发和试验，而城市轨道交通的行车自动化程度已由传统的人工目视驾驶模式逐渐发展到无人值守的全自动运行模式。而由于组成系统间的道路、设备、人员、环境等因素的耦合性增加，必然会导致系统的安全保障变得更为复杂。
3.近些年来，城市轨道交通安全事故偶有发生，如2017年11月15日的新加坡地铁列车相撞事故和2019年3月18日港铁荃湾线列车相撞事故，除了造成人员伤亡、财产损失、环境破坏之外，还会造成恶劣的社会影响。
4.目前在城市轨道交通设计、制造、调试、运行和维护过程中，通常采用故障树分析(fta)、失效模式和影响模式分析(fmea)以及事件树分析(eta)等分析方法进行安全分析，这些方法首先将系统分解为不同的组成部分，然后假设这些部件只处于工作或者失效状态，系统组成部件的事件发生是按照线性规律有序排列的。上述分析方法对于复杂程度不高的设备安全分析较为有效，但是对于轨道交通这样一个涉及到设备、环境、人员、流程、组织等多因素的复杂社会技术系统来说，以上分析方法难以全面分析多因素耦合的关系，存在一定的局限性，无法保证安全分析结果的准确性。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于5m模型的轨道交通安全分析方法，以全面准确对轨道交通系统进行安全分析，识别轨道交通系统存在的安全隐患。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于5m模型的轨道交通安全分析方法，包括以下步骤：
7.s1、获取轨道交通系统的任务、设备、人员、环境和管理因素，以构建轨道交通5m模型；
8.s2、根据设定的临时限速安全规则，基于轨道交通5m模型进行安全分析，以确定当前临时限速命令，并识别出具体关键隐患因素。
9.进一步地，所述任务因素具体为轨道交通行车安全任务，所述设备因素包括土建和机电设备，所述人员因素包括分布在车辆上、站台、车辆段、控制中心的工作人员、设备供应商和维护人员，所述环境因素包括自然环境以及轨道交通系统中设有接口的社会系统环境，所述管理因素包括运营管理、行车管理、设备管理、维护管理和人员管理。
10.进一步地，所述轨道交通行车安全任务的目标包括：
11.列车进路安全的保证：列车被授权沿着轨道移动之前应证明该部分线路是安全的，以防止脱轨并避免与其他列车移动发生冲突，以及除了允许列车进入一条被占用的线路的情况外，应证明该线路没有其他交通，以防止碰撞；
12.在授权沿线的一部分分区后，应保持线路的安全性；
13.列车移动授权保证：提供明确、一致和及时的信息，以便能够安全地控制列车，列车运行的速度和距离应与限制速度、可用进路、坡度、制动能力、列车性能、前方列车位置相匹配；
14.列车间隔防护：确保前后跟随列车之间应留有足够的空间，以便每列列车安全地制动到静止状态；
15.防止列车与轨道上的物体或者人员相撞：实时监督列车前方的轨道状态，当发现轨道上有物体或者人员时应采取紧急制动停车措施；
16.防止乘客在上下车及乘车过程中由于车门动作受到伤害：监督列车客室车门的状态，在确保乘客安全的条件下才执行开门或关门动作；
17.行车状态安全监控和应急处理：对行车设备健康状态、火灾、脱轨故障或紧急状态进行监控并做出响应。
18.进一步地，所述步骤s2具体包括以下步骤：
19.s21、根据设定的临时限速安全规则，由轨道交通5m模型对临时限速的设定和取消进行分析，以在行车运行过程中发现临时限速需求以及取消当前限速，得到当前临时限速命令；
20.s22、基于轨道交通5m模型，通过功能共振分析，识别出具体关键隐患因素。
21.进一步地，所述临时限速安全规则包括临时限速触发条件和临时限速流程。
22.进一步地，所述临时限速触发条件具体为突发临时的自然灾害、施工、改造、升级、维修或设备故障。
23.进一步地，所述临时限速流程包括发现临时限速需求、拟定设置限速、验证设置限速、执行设置限速、拟定取消限速、验证取消限速以及执行取消限速恢复正常运行。
24.进一步地，所述步骤s22具体包括以下步骤：
25.s221、获取临时限速任务的相关元素以及对应特征值，以得到临时限速5m模型；
26.s222、由临时限速5m模型对轨道交通系统进行结构分解和致因因素分析，以得到安全影响值最大的致因因素，即为关键隐患因素。
27.进一步地，所述临时限速任务的相关元素包括提出临时限速需求、拟定临时限速、验证临时限速、执行临时限速、拟定取消临时限速、验证取消限速、执行取消限速、运行情况监控、信号与通信设备共9个工作人员元素。
28.进一步地，所述临时限速任务相关元素的特征值包括各元素对应的输入、输出、时间、控制、前提和资源共6个特征值。
29.与现有技术相比，本发明提出一种基于5m模型的轨道交通安全分析方法，以轨道交通系统列车运行安全任务为出发点，结合每一个系统任务，对交通安全中涉及的基础设施、设备、行人、车辆、环境和管理因素进行分析建模，充分考虑多因素耦合的关系，能够准确识别交通安全事故中的关键隐患因素，识别事故发生的一般规律，同时结合功能共振分析法，从每个元素的特征值进行变动分析，能够有效识别出轨道交通系统的具体安全隐患。
附图说明
30.图1为本发明的方法流程示意图；
31.图2为实施例中应用本发明方法的工作过程示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
33.实施例
34.如图1所示，一种基于5m模型的轨道交通安全分析方法，包括以下步骤：
35.s1、获取轨道交通系统的任务、设备、人员、环境和管理因素，以构建轨道交通5m模型，其中，任务因素具体为轨道交通行车安全任务，轨道交通行车安全任务的目标包括：
36.列车进路安全的保证：列车被授权沿着轨道移动之前应证明该部分线路是安全的，以防止脱轨并避免与其他列车移动发生冲突，以及除了允许列车进入一条被占用的线路的情况外，应证明该线路没有其他交通，以防止碰撞；
37.在授权沿线的一部分分区后，应保持线路的安全性；
38.列车移动授权保证：提供明确、一致和及时的信息，以便能够安全地控制列车，列车运行的速度和距离应与限制速度、可用进路、坡度、制动能力、列车性能、前方列车位置相匹配；
39.列车间隔防护：确保前后跟随列车之间应留有足够的空间，以便每列列车安全地制动到静止状态；
40.防止列车与轨道上的物体或者人员相撞：实时监督列车前方的轨道状态，当发现轨道上有物体或者人员时应采取紧急制动停车措施；
41.防止乘客在上下车及乘车过程中由于车门动作受到伤害：监督列车客室车门的状态，在确保乘客安全的条件下才执行开门或关门动作；
42.行车状态安全监控和应急处理：对行车设备健康状态、火灾、脱轨故障或紧急状态进行监控并做出响应；
43.设备因素包括土建和机电设备，人员因素包括分布在车辆上、站台、车辆段、控制中心的工作人员、设备供应商和维护人员，环境因素包括自然环境以及轨道交通系统中设有接口的社会系统环境，管理因素包括运营管理、行车管理、设备管理、维护管理和人员管理；
44.s2、根据设定的临时限速安全规则，基于轨道交通5m模型进行安全分析，以确定当前临时限速命令，并识别出具体关键隐患因素，具体的：
45.首先根据设定的临时限速安全规则，由轨道交通5m模型对临时限速的设定和取消进行分析，以在行车运行过程中发现临时限速需求以及取消当前限速，得到当前临时限速命令，其中，临时限速安全规则包括临时限速触发条件和临时限速流程；
46.临时限速触发条件具体为突发临时的自然灾害、施工、改造、升级、维修或设备故障；
47.临时限速流程包括发现临时限速需求、拟定设置限速、验证设置限速、执行设置限速、拟定取消限速、验证取消限速以及执行取消限速恢复正常运行；
48.之后基于轨道交通5m模型，通过功能共振分析，识别出具体关键隐患因素：
49.通过获取临时限速任务的相关元素以及对应特征值(临时限速任务的相关元素包括提出临时限速需求、拟定临时限速、验证临时限速、执行临时限速、拟定取消临时限速、验证取消限速、执行取消限速、运行情况监控、信号与通信设备共9个工作人员元素；临时限速任务相关元素的特征值包括各元素对应的输入、输出、时间、控制、前提和资源共6个特征值)，以得到临时限速5m模型；
50.再由临时限速5m模型对轨道交通系统进行结构分解和致因因素分析，以得到安全影响值最大的致因因素，即为关键隐患因素。
51.本技术方案基于5m模型，通过5m要素识别和分析，有助于确定安全隐患原因、隐患以及安全风险缓解策略，基于这些原因和轨道交通系统特点，本发明利用5m模型来对轨道交通系统的安全性进行分析，以从抽象的角度分析轨道交通系统5m元素之间的关系。
52.本实施例应用上述技术方案，以系统任务为核心，识别出与任务相关的所有人员、管理、设备和环境因素，并进行临时限速5m模型要素识别，设计具体工作过程如图2所示，包括：
53.一、临时限速的设定和取消过程进行分析，临时限速的流程包括发现行车运行过程中发现临时限速需求；
54.二、由于出现突发临时的自然灾害、施工、改造、升级、维修、设备故障等原因而需要列车经过特定区段降低运行速度；临时限速随着发起原因的消失而消失，具有明显的时效性特点；
55.三、进行安全分析，首先需要明确临时限速命令；
56.四、由功能共振分析法模型，进行系统结构分解和致因因素分析，认为事故本质上是系统正常运行的突变，强调从整个系统的角度来解释事故，避免将事故视为单个事件的有序发生或潜在因素的层级叠加。
57.需要说明的是，轨道交通临时限速是指除系统设计的永久固定限速以外，由于出现突发临时的自然灾害、施工、改造、升级、维修、设备故障等原因而需要列车经过特定区段降低运行速度；临时限速随着发起原因的消失而消失，具有明显的时效性特点；临时限速功能的发起、设定、验证、执行、取消等环节涉及轨道交通信号、车辆、通信、工务、电务、行车等设备和人员，由于涉及因素众多，极易引起安全隐患。
58.从临时限速的设定和取消过程进行分析，临时限速的流程包括发现行车运行过程中发现临时限速需求、拟定设置限速、验证设置限速、执行设置限速、拟定取消限速、验证取消限速和执行取消限速恢复正常运行等环节。
59.本实施例采用基于5m模型的功能共振分析，在fmvpro中可以清晰地分析每一个任务的输入输出的上下游任务直接关联关系和参数，也可以看到每一个任务的具体时间、资源、控制、前提等属性，对于每一个参数和属性，可以依据设置变动进行影响分析。
60.具体的，通过在fmvpro中对临时限速从提出临时限速需求、拟定临时限速、验证临时限速、执行临时限速、拟定取消临时限速、验证取消限速、执行取消限速、运行情况监控、信号与通信设备、工作人员这9个不同的元素构建5m模型，并对每个元素的输入、输出、时间、控制、前提和资源这6个特征值波动进行元素之间的关联和变化分析。
61.通过分析可知：“人员”因素中的“提出临时限速需求”任务对系统的安全性影响最大，它与每个任务都有关联；
62.如果限速的拟定和验证采用相同的资源，如同样的设备、通用的人员，则可能导致共因失效的发生，不能确保临时限速的安全性；
63.针对每个元素依据6个特征值进行分析，可以提出更为全面的风险控制措施。
64.综上可知，本技术方案针对日益复杂的交通系统，为保障其系统的安全，通过分析城市轨道交通安全功能，提出安全5m模型的要素及其关系，并以临时限速为例，采用功能共振分析法进行安全分析，识别临时限速的安全影响因素。本发明能够全面识别影响安全的元素及相互关系；有利于后续针对性提出完整的安全控制措施；本发明还可应用于道路交通系统中的安全评估。