基于先進的系統(tǒng)危險模式遞進模型的事故分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于先進的系統(tǒng)危險模式遞進模型的事故分析方法，該方法使用PMSHM建立完善的模型，包括如下6個步驟：列出事故發(fā)生前系統(tǒng)在運行期間所經(jīng)歷的與事故相關(guān)的最近事件；確定系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)；得出事故進程；明確操作人員從關(guān)鍵失效到事故發(fā)生期間所執(zhí)行的操作以及其中存在的操作錯誤；根據(jù)以上結(jié)果建立PMSHM模型；對PMSHM進行分析，得到分析結(jié)果。本發(fā)明不僅考慮到各個組件，包括相關(guān)人員之間的相互作用，也反映了在事故演變過程中不斷變化的系統(tǒng)安全狀態(tài)。當(dāng)危險的情況再次出現(xiàn)時，通過模型的分析結(jié)果，就可以了解到系統(tǒng)當(dāng)前的安全狀態(tài)，評估可能存在的系統(tǒng)風(fēng)險，并及時的執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。
【專利說明】基于先進的系統(tǒng)危險模式遞進模型的事故分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于先進的系統(tǒng)危險模式遞進模型的事故分析方法，應(yīng)用于鐵路以及城市軌道交通事故分析。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國高速鐵路的發(fā)展，高速列車已經(jīng)成為一種十分普遍的交通工具。安全始終是列車運行控制系統(tǒng)需要滿足的基本目標。雖然列車控制系統(tǒng)已經(jīng)采取了一系列的安全措施，但事故仍然頻繁發(fā)生。其中，最為嚴重的事故之一是發(fā)生在2011年的“7.23”甬溫鐵路事故。政府公布的官方事故調(diào)查報告描述了事故發(fā)生的全過程，但它并沒有深入分析事故原因和事故形成機制。為了避免類似的事故發(fā)生，提高控制系統(tǒng)的安全性，需要采取適當(dāng)?shù)姆椒▉矸治鍪鹿手乱蚝褪鹿市纬蓹C制。目前，國外已經(jīng)提出了一些事故分析方法，如STAMP模型。該模型指出，事故的發(fā)生是由于在每一級系統(tǒng)開發(fā)和控制結(jié)構(gòu)中缺乏充分的安全約束，并且系統(tǒng)不是一成不變的。在使用STAMP模型分析“7.23”甬溫鐵路事故時，它不能夠準確描述系統(tǒng)的安全狀態(tài)經(jīng)歷了哪些變化過程，也不能準確分析在事故發(fā)生前系統(tǒng)風(fēng)險是如何增加的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于先進的系統(tǒng)危險模式遞進模型的事故分析方法。
[0004]基于先進的系統(tǒng)危險模式遞進模型的事故分析方法，該分析方法包括如下步驟:
[0005]步驟1:根據(jù)前期的調(diào)查結(jié)果或已經(jīng)公布的調(diào)查報告，列出事故發(fā)生前系統(tǒng)在運行期間所經(jīng)歷的與事故相關(guān)的最近事件；
[0006]步驟2:根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)在運行期間控制單元的實際分布情況，確定系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)；
[0007]步驟3:根據(jù)步驟I得到的最近事件列表以及步驟2得到的系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)，確定事故進程；
[0008]步驟4:根據(jù)步驟I得到的最近事件列表，以及步驟3得到的關(guān)鍵失效、出錯操作人員等信息，確定操作人員從設(shè)備關(guān)鍵傳播到事故發(fā)生期間所執(zhí)行的操作以及其中存在的操作錯誤；
[0009]步驟5:綜合步驟2得到的操作人員在系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)中的分布和各操作人員操作程序之間的基本交互情況，步驟3得到的事故演化進程信息，以及步驟4得到的操作人員的操作及操作錯誤，建立PMSHM ；
[0010]步驟6:根據(jù)PMSHM，對事故發(fā)生前系統(tǒng)進程所經(jīng)歷的危險模式、危險模式之間的轉(zhuǎn)化階段內(nèi)操作錯誤的交互情況以及各危險模式下操作人員未能實現(xiàn)的安全需求進行分析。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:[0012]本發(fā)明不僅考慮到各個組件(包括相關(guān)人員)之間的相互作用，也反映了在事故演變過程中不斷變化的系統(tǒng)安全狀態(tài)。當(dāng)危險的情況再次出現(xiàn)時，通過模型的分析結(jié)果，就可以了解到系統(tǒng)當(dāng)前的安全狀態(tài)，評估可能存在的系統(tǒng)風(fēng)險，并及時的地執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1:PMSHM 模型；
[0014]圖2:列車運行控制系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)；
[0015]圖3:分層控制結(jié)構(gòu)架構(gòu)圖；
[0016]圖4:列車運行事故進程圖；
[0017]圖5:甬溫鐵路事故進行形成機理分析的PMSHM模型實施例；
[0018]圖6:導(dǎo)致事故的最近事件列表；
[0019]圖7:甬溫鐵路事故中的人員操作及操作錯誤列表；
[0020]圖8:系統(tǒng)進程所經(jīng)歷的危險模式列表；
[0021]圖9:各危險模式下沒有實現(xiàn)的安全約束列表。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明提出了一種PMSHM模型(系統(tǒng)危險模式遞進模型)，該模型是從系統(tǒng)進程的角度來描述事故的形成機理。PMSHM是一種從系統(tǒng)進程角度對事故形成機理進行描述的模型。使用PMSHM進行事故分析，其應(yīng)用范圍為:從初始事件發(fā)生到事故產(chǎn)生期間的系統(tǒng)進程，其中系統(tǒng)包括所有的設(shè)備(硬件和軟件)以及負責(zé)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的操作人員。利用PMSHM對事故進行分析，能夠得到以下結(jié)果:從設(shè)備失效到事故發(fā)生期間，系統(tǒng)進程所經(jīng)歷的連貫的危險模式；危險模式之間的轉(zhuǎn)化階段；每種危險模式下，系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)中相關(guān)操作人員沒有實現(xiàn)的安全約束。PMSHM的分析結(jié)果，一方面能夠詳細地反映設(shè)備失效出現(xiàn)之后，系統(tǒng)進程是如何逐步向危險的方向發(fā)展進而最終導(dǎo)致事故發(fā)生的；另一方面，該分析結(jié)果能夠為系統(tǒng)的改進以及系統(tǒng)安全防護體系的設(shè)計提供有價值的參考信息。
[0023]系統(tǒng)進程描述了系統(tǒng)達到預(yù)期目標的過程。系統(tǒng)進程由系統(tǒng)中組件(包括設(shè)備和人員)正在執(zhí)行的程序組成。系統(tǒng)進程是動態(tài)的。程序是靜態(tài)的。程序是指系統(tǒng)中組件按照預(yù)定順序所執(zhí)行的功能。
[0024]PMSHM模型如圖1所示，操作員I至操作員K是系統(tǒng)中受設(shè)備失效影響而在執(zhí)行操作程序時出現(xiàn)錯誤的操作人員。操作人員分別處于系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)的不同層次。操作員I位于分層控制結(jié)構(gòu)中的上層。操作員2通常位于分層結(jié)構(gòu)的中層。以此類推，操作員K負責(zé)在底層分層控制結(jié)構(gòu)中直接操作設(shè)備。操作i e [I, K]，從初始事件到事故發(fā)生，操作按時間順序依次為操作1，操作2，...，操作i。將錯誤操作i中出現(xiàn)的的操作錯誤設(shè)置為OEi (第i次錯誤操作)。當(dāng)系統(tǒng)進程達到某一階段后，操作人員的錯誤操作將使系統(tǒng)處于相應(yīng)的危險模式。同時，操作人員當(dāng)前的操作錯誤通過操作程序之間的交互使得系統(tǒng)進程向錯誤的方向發(fā)展。隨著系統(tǒng)進程向錯誤的方向發(fā)展，當(dāng)前的危險模式將被推向另一個更危險的模式，危險模式遞進的最終結(jié)果便是事故。
[0025]另一方面，假設(shè)在每一個危險模式下，系統(tǒng)具有一個特定的風(fēng)險值。讓HMl (危險模式1)，HM2，...，HMm表示相應(yīng)的危險模式，RHMj表示危險模式HMj下的系統(tǒng)風(fēng)險，j e [l，m]。系統(tǒng)危險模式的演變是從當(dāng)前階段轉(zhuǎn)向更加危險階段的漸進變化過程，RHM1<RHM2<...〈RHMm?？梢哉J為，在事故演化過程中，系統(tǒng)風(fēng)險是逐步增加的。
[0026]使用PMSHM對事故進行分析時，為了建立完善的模型并且得到準確的分析結(jié)果，需要完成如下6個步驟:
[0027]步驟1:根據(jù)前期的調(diào)查結(jié)果或已經(jīng)公布的調(diào)查報告，列出事故發(fā)生前系統(tǒng)在運行期間所經(jīng)歷的與事故相關(guān)的最近事件。
[0028]步驟2:根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)在運行期間控制單元的實際分布情況，確定系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)。如圖2-3所示為系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)包括調(diào)度中心、車站、軌旁和車載部分。
[0029]步驟3:根據(jù)步驟I得到的最近事件列表以及步驟2得到的系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)，得出事故進程。該事故進程過程明確了初始事件、關(guān)鍵失效、出現(xiàn)操作錯誤的操作人員以及事故發(fā)生的大概過程。
[0030]步驟4:根據(jù)步驟I得到的最近事件列表，以及步驟3得到的關(guān)鍵失效、出錯操作人員等信息，明確操作人員從設(shè)備關(guān)鍵傳播到事故發(fā)生期間所執(zhí)行的操作以及其中存在的操作錯誤。
[0031]步驟5:綜合步驟2得到的操作人員在系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)中的分布和各操作人員操作程序之間的基本交互情況，步驟3得到的事故演化進程信息，以及步驟4得到的操作人員的操作及操作錯誤，建立PMSHM。
[0032]步驟6:對PMSHM進行分析，得到的分析結(jié)果包括事故發(fā)生前系統(tǒng)進程所經(jīng)歷的危險模式、危險模式之間的轉(zhuǎn)化階段內(nèi)操作錯誤的交互情況以及各危險模式下操作人員未能實現(xiàn)的安全需求。
[0033]以上應(yīng)用PMSHM分析事故所建議完成的各步驟的順序以及各步驟內(nèi)所應(yīng)明確的信息并不是固定的。只要能夠充分利用先前的事故調(diào)查結(jié)果，并且明確系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)，就可以建立完善的PMSHM，并進一步得到有利于系統(tǒng)安全防護體系設(shè)計或改進的模型分析結(jié)果。
[0034]下面將結(jié)合PMSHM應(yīng)用于甬溫鐵路事故的形成機理分析，給出一個典型的實施方式，圖5為甬溫鐵路事故進行形成機理分析的PMSHM模型實施例。
[0035]步驟1:建立與甬溫鐵路事故相關(guān)的最近事件列表，如圖6所示。
[0036]步驟2:明確列車運行控制系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)。主要分為:調(diào)度中心、車站設(shè)備、軌旁設(shè)備、車載設(shè)備。
[0037]步驟3:確定甬溫鐵路事故的事故進程過程，如圖4所示。
[0038]步驟4:根據(jù)甬溫鐵路事故的事故進程過程，在從關(guān)鍵失效到事故發(fā)生的系統(tǒng)進程中，確定CTC調(diào)度員、車站值班員以及D3115列車司機均在執(zhí)行各自的操作程序時出現(xiàn)的操作錯誤。結(jié)合最近事件列表(見圖6)，圖7為甬溫鐵路事故中操作人員的操作及操作錯誤列表。
[0039]步驟5:步驟2提供了 CTC調(diào)度員、車站值班員、列車司機在CTCS-2系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)中的分布情況和不同操作程序之間的基本交互情況；步驟3所得事故進程圖反映了事故發(fā)生的大概流程；步驟4提供了操作及操作錯誤列表。綜合這些信息，可以構(gòu)建對甬溫鐵路事故進行形成機理分析的PMSHM模型，如圖5所示。圖中調(diào)度中心的CTC調(diào)度員對應(yīng)操作員1，對于操作員1:操作錯誤I可能為調(diào)度員沒有按照列車運行表進行指揮，操作錯誤2可能為對CTC的TSR設(shè)置，操作錯誤3可能為對TCT狀態(tài)顯示讀取錯誤。操作員2為車站操作員，則對于操作員2:操作錯誤I可能為對CTC車站分機的TSR設(shè)置，操作錯誤2可能為TCT車站分機狀態(tài)顯示讀取錯誤。操作員3為列車駕駛員，則對于操作員3:操作I可能為對列車運行模式選擇錯誤，操作錯誤2可能為對于超速報警的忽視，錯誤3可能為對推進以及剎車的錯誤控制，錯誤操作4可能為對列車速度的讀取錯誤。
[0040]步驟6:在應(yīng)用PMSHM分析甬溫鐵路事故的過程中，如圖4，系統(tǒng)進程所經(jīng)歷的危險模式已經(jīng)被確定，危險模式之間轉(zhuǎn)化階段內(nèi)操作錯誤以及操作錯誤之間的交互也已經(jīng)得到明確。根據(jù)這些信息，可以得出應(yīng)用PMSHM分析甬溫鐵路事故的完整分析結(jié)果，包括:
[0041](I)列車追尾前，列控系統(tǒng)的進程經(jīng)歷了從HMl到HM4共4個危險模式(如圖8)。系統(tǒng)風(fēng)險隨著危險模式的遞進而增大，直至事故發(fā)生。
[0042](2)事故的演化進程共經(jīng)歷了 4個轉(zhuǎn)化階段，每個轉(zhuǎn)化階段都包含操作錯誤和操作錯誤的交互。操作錯誤的交互是由系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)及操作程序來決定的。
[0043](3)從HMl到HM4，操作人員由于操作錯誤而沒有實現(xiàn)的系統(tǒng)在當(dāng)前危險模式下的安全約束(如圖9)。
[0044]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.基于先進的系統(tǒng)危險模式遞進模型的事故分析方法，其特征在于，該分析方法包括如下步驟: 步驟1:根據(jù)前期的調(diào)查結(jié)果或已經(jīng)公布的調(diào)查報告，列出事故發(fā)生前系統(tǒng)在運行期間所經(jīng)歷的與事故相關(guān)的最近事件； 步驟2:根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)在運行期間控制單元的實際分布情況，確定系統(tǒng)的分層控制結(jié)構(gòu)； 步驟3:根據(jù)步驟I得到的最近事件列表以及步驟2得到的系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)，確定事故進程； 步驟4:根據(jù)步驟I得到的最近事件列表，以及步驟3得到的關(guān)鍵失效、出錯操作人員等信息，確定操作人員從設(shè)備關(guān)鍵傳播到事故發(fā)生期間所執(zhí)行的操作以及其中存在的操作錯誤; 步驟5:綜合步驟2得到的操作人員在系統(tǒng)分層控制結(jié)構(gòu)中的分布和各操作人員操作程序之間的基本交互情況，步驟3得到的事故演化進程信息，以及步驟4得到的操作人員的操作及操作錯誤，建立PMSHM ； 步驟6:根據(jù)PMSHM，對事故發(fā)生前系統(tǒng)進程所經(jīng)歷的危險模式、危險模式之間的轉(zhuǎn)化階段內(nèi)操作錯誤的交互情況以及各危險模式下操作人員未能實現(xiàn)的安全需求進行分析。
【文檔編號】G06F19/00GK103761418SQ201310723740
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】王陽鵬, 李明, 王化深 申請人:北京交通大學(xué)