單軌列車運行控制系統(tǒng)安全關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、單軌是一種輕型、中等速度的城市軌道交通運輸工具，具有建設(shè)周期短、造價成本低、不占用地面交通資源、低碳環(huán)保等突出優(yōu)點，是一種極具潛力的城市軌道交通發(fā)展模式。基于單軌系統(tǒng)對于設(shè)備安裝的特殊要求，傳統(tǒng)的軌道電路等信號設(shè)備無法直接在單軌中應(yīng)用。國外的信號系統(tǒng)集成商已實現(xiàn)了單軌交通的全程無人自動駕駛，而國內(nèi)這方面的研究還停留在工程應(yīng)用研究階段，作為單軌交通核心關(guān)鍵設(shè)備的列控系統(tǒng)，目前國內(nèi)沒有成熟的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)產(chǎn)品，而且國外廠商采取嚴(yán)格的技術(shù)保

2、密態(tài)度，因此自主研制單軌列車控制系統(tǒng)，不僅有著迫切的市場需求，更對我國城市軌道交通列控系統(tǒng)安全和可持續(xù)發(fā)展有非常重要的意義。
　　本論文在對國內(nèi)外列車控制系統(tǒng)相關(guān)的產(chǎn)品、技術(shù)、EN50126/8/9等國際標(biāo)準(zhǔn)深入分析的基礎(chǔ)上，重點研究了單軌列車運行控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，首先研究安全計算機模型架構(gòu)，提出了雙三重冗余容錯系統(tǒng)和基于雙CPU的三重表決系統(tǒng)兩種新的安全計算機模型，并進(jìn)行仿真分析和可靠性、可用性、可維修性、安全性對比;然后以單

3、軌列車自動防護系統(tǒng)為目標(biāo)，進(jìn)行基于危險與可操作性分析、失效模式影響和嚴(yán)重度分析、故障樹分析、風(fēng)險矩陣等方法的組合式危害識別和風(fēng)險分析，提煉單軌列車自動防護系統(tǒng)的系統(tǒng)需求，再進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和可靠性、安全性設(shè)計，并進(jìn)行了相關(guān)指標(biāo)的驗證;接著對單軌列車自動防護系統(tǒng)的核心算法進(jìn)行了研究，包括單軌列車制動曲線模型、融合全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多傳感器組合測速方法等;最后以安全數(shù)字量輸出單元為樣例，將課題研究內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計與驗證。本論文重點核心研究內(nèi)

4、容包括:
　　(1)在研究三取二、二乘二取二等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，提出了雙三重冗余容錯系統(tǒng)和基于雙CPU的三重表決系統(tǒng)兩種新的安全計算機模型，建立了系統(tǒng)可靠性框圖和馬爾可夫過程模型，并與三重冗余系統(tǒng)和四重冗余系統(tǒng)在可靠性、可用性、可維修性、安全性等四個維度進(jìn)行了分析與對比，結(jié)果表明兩種新的安全計算機模型在安全性、可靠性上具有明顯優(yōu)勢。
　　(2)研究了基于風(fēng)險分析的單軌列車自動防護系統(tǒng)安全技術(shù)。在研究單軌列車自動防護系統(tǒng)的

5、完整生命周期中，將多種傳統(tǒng)風(fēng)險分析方法進(jìn)行多重組合，并應(yīng)用在危害識別與風(fēng)險分析、硬件設(shè)計、危險側(cè)失效概率計算等環(huán)節(jié)，再根據(jù)風(fēng)險分析結(jié)果提煉系統(tǒng)需求，而后進(jìn)行安全設(shè)計，最后對可靠性、安全性進(jìn)行了計算和驗證。
　　(3)進(jìn)行了單軌車載列車自動防護系統(tǒng)核心算法研究，為實現(xiàn)超速防護功能建立單軌列車制動曲線模型，為解決單軌列車于低空懸掛運行的測速問題而提出融合全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多傳感器組合測速方法。
　　(4)以安全數(shù)字量輸出單元為樣

6、例將理論研究內(nèi)容應(yīng)用于實踐，進(jìn)行組合式風(fēng)險分析，提煉系統(tǒng)需求，然后進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，最后對性能、可靠性與安全性指標(biāo)進(jìn)行了驗證，該單元平均故障間隔時間達(dá)到1.17×106h，危險側(cè)失效概率為1.14×10-13/h，均優(yōu)于預(yù)定指標(biāo)。
　　本論文以單軌列車運行控制系統(tǒng)的安全關(guān)鍵技術(shù)為主要研究內(nèi)容，重點研究了安全計算機架構(gòu)模型、風(fēng)險分析和安全性設(shè)計、單軌列車制動曲線模型、融合全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多傳感器組合測速方法、安全數(shù)字量輸出單元等安全關(guān)