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高速铁路智能CTC自律机系统的可靠性与安全性评估

陈峰 袁志明 闫璐 许伟 苗义烽 高博文

陈峰, 袁志明, 闫璐, 许伟, 苗义烽, 高博文. 高速铁路智能CTC自律机系统的可靠性与安全性评估. 自动化学报, 2020, 46(3): 463−470 doi: 10.16383/j.aas.c190195
引用本文: 陈峰, 袁志明, 闫璐, 许伟, 苗义烽, 高博文. 高速铁路智能CTC自律机系统的可靠性与安全性评估. 自动化学报, 2020, 46(3): 463−470 doi: 10.16383/j.aas.c190195
Chen Feng, Yuan Zhi-Ming, Yan Lu, Xu Wei, Miao Yi-Feng, Gao Bo-Wen. Reliability and safety evaluation of autonomous computer system of intelligent CTC in high speed railway. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(3): 463−470 doi: 10.16383/j.aas.c190195
Citation: Chen Feng, Yuan Zhi-Ming, Yan Lu, Xu Wei, Miao Yi-Feng, Gao Bo-Wen. Reliability and safety evaluation of autonomous computer system of intelligent CTC in high speed railway. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(3): 463−470 doi: 10.16383/j.aas.c190195

高速铁路智能CTC自律机系统的可靠性与安全性评估

doi: 10.16383/j.aas.c190195
基金项目: 国家自然基金项目高铁联合基金(U1834211), 中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(J2019G015, N2019G020), 中国铁道科学研究院集团有限公司科研课题(2019YJ066, 2019YJ071)资助
详细信息
    作者简介:

    陈峰:中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所副研究员. 2012年获得北京交通大学博士学位. 主要研究方向为智能调度和列车运行控制. E-mail: chenfeng@bjtu.edu.cn

    袁志明:中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所研究员. 2016年获得中国铁道科学研究院博士学位. 主要研究方向为行车指挥自动化, 列车运行控制, 智能调度和多列车协同控制. 本文通信作者. E-mail: 13810696163@139.com

    闫璐:中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所副研究员. 2008年获得中国铁道科学研究院博士学位. 主要研究方向为行车指挥自动化, 列车运行控制, 智能调度和多列车协同控制. E-mail: yanlu@rails.cn

    许伟:中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所研究员. 主要研究方向为智能调度和列车运行控制. E-mail: 13911519347@139.com

    苗义烽:中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所研究员. 2014年获得中国铁道科学研究院博士学位. 主要研究方向为铁路通信信号, 行车指挥自动化和多列车协同控制. E-mail: 13910256619@139.com

    高博文:中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所助理研究员. 2017年获得中国铁道科学研究院博士学位. 主要研究方向为铁路通信信号, 行车指挥自动化和多列车协同控制. E-mail: gaobw@rails.cn

Reliability and Safety Evaluation of Autonomous Computer System of Intelligent CTC in High Speed Railway

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (U1834211), Science and Technology Project of China National Railway Group Corporation Limited (J2019G015, N2019G020), and Science and Technology Project of China Academy of Railway Sciences Corporation Limited (2019YJ066, 2019YJ071)
  • 摘要: 自律机系统是智能调度集中控制(Centralized traffic control, CTC)系统的核心, 其安全性和可靠性都至关重要. 首先分析了双机热备自律机系统和二乘二取二自律机系统的结构及工作原理; 然后综合考虑自律机分机的故障检出率和故障发生率等因素, 采用Markov模型, 构建了两个系统的安全度和可靠度模型. MATLAB仿真结果表明, 双机热备自律机系统的可靠性高于二乘二取二自律机系统的, 但双机热备自律机系统的安全度远低于二乘二取二自律机系统的, 因此二乘二取二自律机系统更能保障CTC系统的安全.
  • 图  1  双机热备自律机系统结构图

    Fig.  1  The structure of double hot standby autonomous computer system

    图  2  二乘二取二自律机系结构图

    Fig.  2  The structure of double 2-vote-2 autonomous computer system

    图  3  铁路系统故障的产生及其影响

    Fig.  3  Faults of railway system and their influences

    图  4  双机热备自律机系统的状态转移图

    Fig.  4  The state transition diagram of double hot standby autonomous computer system

    图  5  二乘二取二自律机系统的状态转移图

    Fig.  5  The state transition diagram of double 2-vote-2 autonomous computer system

    图  6  两个系统的可靠度比较

    Fig.  6  Reliability comparison of the two systems

    图  7  两个系统的安全度比较

    Fig.  7  Safety comparison of the two systems

    表  1  双机热备自律机系统的状态定义及解释说明

    Table  1  Definition and explanation of double hot standby autonomous computer system state

    状态定义状态解释说明
    状态 0两台自律机均未发生故障, 系统处于正常工作状态.
    状态 1两台自律机中有且仅有一台自律机出现故障并且可测, 系统处于降级工作状态.
    状态 2两台自律机中的工作主机正常, 热备分机发生故障并且不可测, 系统处于降级工作状态.
    状态 3两台自律机均出现故障并且可测, 系统处于故障—安全状态.
    状态 4两台自律机中的工作主机出现故障并且不可测, 系统危险状态.
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    表  2  二乘二取二自律机系统的状态定义及解释说明

    Table  2  Definition and explanation of double 2-vote-2 autonomous computer system state

    状态定义状态解释说明
    状态 0四台自律机均未发生故障, 系统处于正常工作状态.
    状态 1两个比较子系统中, 其中一个子系统中的一台自律机出现故障并且可测, 系统处于降级工作状态.
    状态 2两个比较子系统中, 其中一个子系统中的一台自律机出现故障并且不可测, 系统处于降级工作状态.
    状态 3两个比较子系统中, 其中一个子系统中的两台自律机均出现故障, 系统处于降级工作状态.
    状态 4两个比较子系统都出现故障, 系统处于故障—安全状态.
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    表  3  不同仿真时间和故障率下的安全度和可靠度比较

    Table  3  The degree of reliability and safety at different failure rates and times

    仿真时间t (h)故障率λ(h−1)可靠度R (%)安全度S (%)
    R1R2$\frac{{{R_2} - {R_1}}}{{{R_1}}}$S1S2$\frac{{{S_2} - {S_1}}}{{{S_1}}}$
    5.0 × 1072.5 × 10−997.5895.11−2.5398.70100.001.32
    5.0 × 1077.5 × 10−988.0772.16−18.0795.99100.004.18
    1.0 × 1082.5 × 10−993.3884.52−9.4997.35100.002.72
    1.0 × 1087.5 × 10−969.6739.65−43.0992.22100.008.44
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-20
  • 网络出版日期:  2020-03-30
  • 刊出日期:  2020-03-30

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