城市地鐵網絡系統物理脆弱性的評價及控制研究.pdf

1、城市地鐵網絡系統作為城市公共交通的重要組成部分，是一個復雜的公共交通系統，一旦發(fā)生運營事故，輕則造成列車晚點或停運、乘客滯留無法疏散，重則造成全線路網癱瘓、重大設備毀壞、人員傷亡和重大經濟損失。隨著投入運營的城市地鐵線路越來越多，網絡化運營條件下的地鐵運營安全問題引起了眾多研究人員和從業(yè)者的廣泛關注。地鐵運營事故的統計分析表明:設備設施易受干擾而產生的性能退化、運行故障及其傳播是導致運營事故發(fā)生的主要原因。因此，研究城市地鐵網絡系統的物

2、理脆弱性對提高地鐵運行安全具有重大的理論意義和應用價值。本論文從脆弱性的研究視角出發(fā)，分析了地鐵系統物理脆弱性的形成機理，采用科學合理的方法識別、評價地鐵系統物理脆弱源，并提出物理脆弱性的控制方法和措施。
　　(1)作者通過對大量已有研究文獻的梳理，總結了安全風險及脆弱性研究的理論與方法，闡述了脆弱性的研究現狀和研究方向，指出了城市地鐵網絡系統脆弱性的研究不足。在此基礎上，介紹了城市地鐵網絡系統的概念、物理構成及運營特征，分析了城

3、市地鐵網絡系統物理脆弱性的內涵、特性及形成機理。進而，確定了物理脆弱性的研究層次，包括網絡拓撲層、設備設施層和故障模式層，其中，故障模式是物理脆弱性激發(fā)的直觀后果。
　　(2)基于復雜網絡理論，提出了網絡脆弱性的測度方法，闡述了城市地鐵網絡系統的網絡模型構建方法，并以信號系統為例進行了實證分析。本論文將城市地鐵網絡系統分解為31個功能模塊，分析各功能模塊之間的物理關系和功能關系，運用Pajek軟件構建了UMNS物理網絡模型。用Pa

4、jek軟件構建了物理網絡模型。在基本拓撲特征分析的基礎上，提出了仿真策略，運用網絡脆弱性的測度方法研究了城市地鐵網絡系統的物理脆弱性，識別了關鍵的脆弱域。研究結果表明:基于復雜網絡理論對城市地鐵網絡系統進行脆弱性研究是可行的，脆弱性最高的兩個子系統分別是列車自動監(jiān)控系統和車輛系統;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、介數順序、隨機順序;在失效規(guī)模方面，脆弱性符合帕累托定律，20％的重要節(jié)點失效會造成80％的系統功能

5、喪失。
　　(3)在分析地鐵系統設備設施運營特征的基礎上，構建了地鐵網絡系統物理脆弱點的脆弱性評價指標體系，包括:千公里故障率、抗干擾能力、功能影響度、運營影響度、安全危害度、故障難檢度六大指標，建立了基于灰色關聯分析法和逼近理想解法（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，TOPSIS）的城市地鐵網絡系統物理脆弱點評價模型。本論文中以車輛系統為

6、例，通過實地調研和專家問卷獲取研究資料，運用模糊集理論進行量化處理，所得數據為車輛系統的物理脆弱點提供了有力支撐。研究表明:基于灰色關聯TOPSIS方法對物理脆弱性進行評價是可行的;在車輛系統中，車門系統的脆弱性最高，其次是列車控制與管理系統。
　　(4)基于復雜網絡免疫理論和熵增原理，結合地鐵系統的物理脆弱性的層次化特征，提出了城市地鐵網絡系統物理脆弱性的控制策略，即控制關鍵脆弱域中設備設施的運行狀態(tài)?；谠摽刂撇呗?，作者分析了

7、地鐵系統設備設施運行狀態(tài)的演化過程，闡述了劣化度的分析方法，構建了設備設施狀態(tài)評價模型，以輪對設備為例進行了實證分析。設備設施狀態(tài)評價可以為設備狀態(tài)預警閾值提供重要的參考依據，對提高設備設施的維護效果具有重大的理論意義和實踐價值。作者在總結維護方式發(fā)展歷程的基礎上，提出了面向物理脆弱性控制的設備設施維護方式的邏輯決策圖。研究表明:論文提出的物理脆弱性控制策略是科學合理的，在技術可行和經濟可行的條件下，預防性維護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設備設施的功能失效或崩潰，從故障預控的角度進行物理脆弱性的控制研究顯得十分必要。作者通過實地調研和專家問卷獲取研究資料，利用模糊集理論進行量化處理獲取了所需數據。基于故障模式、影響與危害性分析(Failure Mode，Effects andCriticality Analysis，FMECA)方法分析設備設施的故障模式，運用影響圖理