編組站綜合自動化系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試?行車安全風(fēng)險評價

董云逸，邢科家，姚宇峰

DONG Yunyi1，XING Kejia2，YAO Yufeng2

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 通信信號研究所，北京 100081）

(1.Postgraduate Department， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China； 2.Signal & Communication Research Institute， China Academy of Railway Sciences Corporation Limited， Beijing 100081， China)

編組站綜合自動化系統(tǒng)(以下簡稱“SAM系統(tǒng)”)聯(lián)調(diào)聯(lián)試是綜合自動化系統(tǒng)集成的重要內(nèi)容，是集科研、設(shè)計、施工、調(diào)試及運營等各方面力量的綜合性試驗。SAM系統(tǒng)具有系統(tǒng)龐大、接口繁多、技術(shù)復(fù)雜的特點[1]。目前，已經(jīng)投產(chǎn)SAM系統(tǒng)的編組站均建設(shè)在繁忙的長大干線交匯處，不具備長時間大面積停點進行聯(lián)調(diào)聯(lián)試的條件；同時，初次接觸SAM系統(tǒng)的運用人員與設(shè)備管理人員對設(shè)備屬性掌握不夠清晰，存在應(yīng)急處置能力不強的情況。因此，為保障SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間的行車安全，亟需對聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作進行系統(tǒng)性的安全分析與評價。

1 概述

1.1 SAM系統(tǒng)架構(gòu)及業(yè)務(wù)流程

SAM系統(tǒng)通過與計算機聯(lián)鎖、行車調(diào)度指揮、駝峰自動控制、停車器自動控制、無線調(diào)車機車信號與監(jiān)控、車站綜合信息管理等多個子系統(tǒng)接口，將信息集中到SAM系統(tǒng)管控融合平臺上，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)的高效共享，站內(nèi)信息的綜合集成[2]。

SAM集中控制服務(wù)器是實現(xiàn)管控融合的核心，SAM集中控制服務(wù)器接收鐵路局集團公司與車站協(xié)同編制的作業(yè)計劃后，將計劃分解成可執(zhí)行的進路指令并形成序列。系統(tǒng)在檢查一系列安全卡控條件均符合后自動擇機下達進路指令，完成一次進路排列的同時接收現(xiàn)場作業(yè)實時反饋并自動報點，從而達到從調(diào)度計劃到作業(yè)實績的全過程信息化、自動化。SAM系統(tǒng)架構(gòu)及業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 SAM系統(tǒng)架構(gòu)及業(yè)務(wù)流程Fig.1 The architecture and business process of the SAM system

1.2 SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試關(guān)鍵技術(shù)

SAM系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試即編組站內(nèi)各系統(tǒng)間的綜合調(diào)試，通過調(diào)試所有子系統(tǒng)，使之符合設(shè)計的要求、運營的需求，并以優(yōu)化調(diào)度、安全行車為核心，檢測、調(diào)試和優(yōu)化各子系統(tǒng)間的接口功能，使整體系統(tǒng)的功能達到最優(yōu)。聯(lián)調(diào)聯(lián)試是一個在一定時間內(nèi)持續(xù)動態(tài)的過程，經(jīng)由編組站運輸生產(chǎn)大系統(tǒng)到人員、環(huán)境、管理與設(shè)備子系統(tǒng)的多次反饋與調(diào)試優(yōu)化，方可判斷系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的完整性和合理性。

SAM系統(tǒng)模式分為集中人工模式和集中自動模式2種。在集中人工模式下，調(diào)度人員、行車人員等集中到調(diào)度指揮大廳統(tǒng)一指揮、協(xié)同作業(yè)，控制數(shù)據(jù)、作業(yè)計劃等集成到管控融合平臺實現(xiàn)信息的高效共享、互聯(lián)互通。在集中自動模式下，系統(tǒng)在檢查一系列安全卡控條件后自動擇機下達進路及作業(yè)通知，能夠有效保障現(xiàn)場作業(yè)安全，減輕生產(chǎn)作業(yè)壓力，提高人員勞效[3]。不同的控制模式聯(lián)調(diào)聯(lián)試的前提條件有所不同，其聯(lián)調(diào)聯(lián)試關(guān)鍵技術(shù)也有一定區(qū)別。SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試具備條件及關(guān)鍵技術(shù)如表1所示。

SAM系統(tǒng)在聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中隨著人機職責(zé)的再分配，行車崗位的再優(yōu)化，會帶來操作、聯(lián)控等生產(chǎn)組織方式的變化。因此，聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中應(yīng)充分研判系統(tǒng)性風(fēng)險，評估全過程的安全態(tài)勢。

2 基于FTA-多層次模糊綜合評價法的SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試安全風(fēng)險研判與評價

2.1 基于FTA的SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全風(fēng)險研判

事故樹分析法(FTA)采用演繹法對危險源進行辨識，以所分析的事故為頂上事件，進行從上到下逐級建樹、逐層分析，最終查找出導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的基本原因事件。事故樹分析法既適用于定性分析又能進行定量分析，具有簡明、形象化的特點，體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準確性和預(yù)見性[4]，對于SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間的安全風(fēng)險研判具有很好的適用性。

以慣性安全風(fēng)險點調(diào)車擠岔事故為例，根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)實際情況，得到SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試前調(diào)車擠岔FTA模型如圖2所示，SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間調(diào)車擠岔FTA模型如圖3所示。

SAM系統(tǒng)調(diào)車自動聯(lián)調(diào)聯(lián)試的前提條件為STP子系統(tǒng)啟用，STP子系統(tǒng)可有效防護因司機疏忽、無信號盲目動車等原因?qū)е碌恼{(diào)車冒號。同時，SAM系統(tǒng)具備的數(shù)十項卡控手段可有效防護因分路不良、壓信號調(diào)車、未按計劃排列信號等原因?qū)е碌倪M路準備錯誤。2種設(shè)備相互配合可有效降低因值班員與調(diào)車司機作業(yè)失誤產(chǎn)生的安全風(fēng)險，減輕作業(yè)人員勞動生產(chǎn)壓力。SAM系統(tǒng)保留了應(yīng)急情況人工干預(yù)優(yōu)先的功能，但因聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間行車人員對設(shè)備屬性、設(shè)備操作還不夠熟悉，常誤以為人工排列進路SAM系統(tǒng)仍會進行卡控，進而產(chǎn)生新的安全風(fēng)險。因此，車站應(yīng)重視聯(lián)調(diào)聯(lián)試前的動員工作、培訓(xùn)工作；充分發(fā)揮好值班員、助理值班員作業(yè)互控的優(yōu)勢；配備勝任的技術(shù)干部對聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間的各項作業(yè)進行全程盯控，從而降低調(diào)車擠岔的安全風(fēng)險。

表1 SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試具備條件及關(guān)鍵技術(shù)Tab1 The condition and key technology of SAM integrated commissioning and testing

2.2 基于多層次模糊綜合評價法的SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全評價

多層次模糊綜合評價法是將復(fù)雜問題的各個組成因素按支配關(guān)系形成遞階層次關(guān)系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用模糊系統(tǒng)基本理論將一些邊界不夠清晰的因素定量化的一種方法。首先，對利用FTA技術(shù)分析出的基本原因事件進行歸納整理并按照一定邏輯結(jié)構(gòu)分層；其次，構(gòu)造求解比較判斷矩陣，并計算出每一層全部因素的相對重要性的權(quán)值；最后，針對所分析的具體事物構(gòu)建評語集合，并對每一層次的各因素進行客觀判斷，構(gòu)造好模糊評價矩陣后進行逐級合成，逐層評價。該方法具有定性和定量相結(jié)合的特點，使用該方法可將評價過程的各項因素數(shù)學(xué)化、系統(tǒng)化，使得評價結(jié)果更準確。

圖2 SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試前調(diào)車擠岔FTA模型Fig.2 The FTA model of splitting-of-point accident before SAM system integrated commissioning and testing

2.2.1 構(gòu)建SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全評價指標體系

SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全評價指標體系包含了聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間運輸組織和安全生產(chǎn)的眾多重要環(huán)節(jié)，其指標選取應(yīng)遵循科學(xué)、全面、系統(tǒng)、易操作等原則，充分考慮FTA技術(shù)分析歸納出的安全風(fēng)險類別，在結(jié)合車站作業(yè)實際的基礎(chǔ)上，根據(jù)《鐵路安全管理條例》等法規(guī)，將影響SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試的因素歸結(jié)為人員因素A1、設(shè)備因素A2、車站環(huán)境水平A3和車站組織管理A44個方面[5]。

（1）人員因素是影響車站聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間生產(chǎn)安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過FTA技術(shù)分析可知車站安全風(fēng)險事故多是因為職工受教育水平不高、對新設(shè)備應(yīng)用有抵觸情緒、違章作業(yè)、業(yè)務(wù)技能不強、應(yīng)急處置能力差等原因?qū)е碌?。同時應(yīng)注意職工在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間的身心疲勞程度，職工身心疲勞程度與安全風(fēng)險的發(fā)生有正相關(guān)性。通過分析人員因素對SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間行車安全的影響，從作業(yè)人員的受教育水平A11、業(yè)務(wù)技能A12、應(yīng)急處置能力A13、身心疲勞程度A144個方面進行分析。

（2）設(shè)備因素是影響車站聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間安全生產(chǎn)的重要因素。運營狀態(tài)良好、穩(wěn)定的設(shè)備既是車站安全生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是車站安全生產(chǎn)的重要保障。SAM系統(tǒng)投入使用伴隨著人機職責(zé)的再分配，會導(dǎo)致人員組織形式、聯(lián)控方式產(chǎn)生變革，因而人機職責(zé)再分配的合理性應(yīng)更加注意。通過分析設(shè)備因素對SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間行車安全的影響，從設(shè)備可靠性與先進性A21、設(shè)備備件日常巡檢狀況A22、人機職責(zé)再分配合理性A233個方面進行分析。

（3）車站環(huán)境水平可分為站內(nèi)環(huán)境水平和站外環(huán)境水平。站內(nèi)環(huán)境包括作業(yè)環(huán)境及車站內(nèi)部社會環(huán)境。實施SAM系統(tǒng)后將人員集中至調(diào)度指揮大廳，可有效改善調(diào)度人員、行車人員的作業(yè)環(huán)境，也為車站進一步監(jiān)督管理創(chuàng)造條件。站外環(huán)境包括自然環(huán)境和站車秩序狀況等。通過分析車站環(huán)境水平對SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間行車安全的影響，從自然環(huán)境A31、車站內(nèi)部環(huán)境綜合指數(shù)A32、車站非法行為發(fā)生指數(shù)A333個方面進行分析。

（4）車站組織管理是指管理者按照運輸組織生產(chǎn)的客觀規(guī)律和經(jīng)驗，通過對站內(nèi)外資源的合理調(diào)配，以達到安全高效生產(chǎn)的目的。車站應(yīng)與設(shè)備廠家、施工單位、設(shè)備管理單位等單位共同制定聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間動態(tài)驗證組織方案，并根據(jù)現(xiàn)場實施情況不斷優(yōu)化。規(guī)章管理部門應(yīng)根據(jù)設(shè)備屬性及時修改站細或制定站務(wù)指導(dǎo)，避免作業(yè)辦法與實際作業(yè)脫節(jié)的問題。同時，車站主要領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)重視聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，充分發(fā)揮車站溝通協(xié)調(diào)的優(yōu)勢條件，為聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作創(chuàng)造良好環(huán)境。通過分析車站組織管理對SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間安全行車的影響，從安全組織管理A41、安全規(guī)章制度A42、安全教育A43、領(lǐng)導(dǎo)干部職責(zé)A44、專項資金投入A455個方面進行分析。

圖3 SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間調(diào)車擠岔FTA模型Fig.3 The FTA model of splitting-of-point accident during SAM system integrated commissioning and testing

以SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全為目標層，以車站的人員因素、設(shè)備因素、車站環(huán)境水平、車站組織管理為準則層，以15個安全評價指標為指標層，構(gòu)建SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全評價指標體系如圖4所示。

2.2.2 SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全模糊綜合評價

SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間影響因素較多，各因素對生產(chǎn)安全的影響有一定模糊性，同時各影響因素之間的指標評價參數(shù)均有一定區(qū)別，狀態(tài)參數(shù)和評價指標之間很難找到定量關(guān)系[6]?？紤]到SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試的高度綜合性，對于SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試的安全評估可采用模糊綜合評價法，具體評價過程如下。

（1）確定評價等級。評價等級一般采取評價指標層的安全水平，結(jié)合常規(guī)經(jīng)驗，設(shè)評語集V={V1，V2，V3，V4}，其中V1表示安全，V2表示較安全，V3表示一般安全，V4表示不安全。

（2）確定模糊合成算子。模糊綜合評價中使用?表示模糊合成算子。M (?，⊕)算子相比其他模糊合成算子具有體現(xiàn)權(quán)重系數(shù)強，綜合程度高，利用指標層信息充分的特點。為了能夠評估全面，采用M (?，⊕)算子進行模糊綜合評價更為合理[7]。

（3）構(gòu)造模糊評價矩陣。組織一定數(shù)量、經(jīng)驗豐富、在各相關(guān)專業(yè)具有一定代表性的專家成立安全評價小組，結(jié)合專家的現(xiàn)場經(jīng)驗進行評價，匯總計算并進行歸一化處理，根據(jù)隸屬度計算方法得到準則層第n個指標的模糊評價矩陣Rn為

式中：xij為該準則層下第i個指標層指標對應(yīng)評價等級j的隸屬度，其中1≤j≤4。

（4）確定指標權(quán)重。由各相關(guān)專業(yè)專家的經(jīng)驗、事故樹的重要度計算值等作為決策依據(jù)，組織專家采用9級標度法對SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試安全評價準則層因素與指標層因素的重要性構(gòu)造判斷矩陣。設(shè)某準則層或指標層有n個因素，則判斷矩陣A= (aij)n×n。其中，aij為第i個因素相對于第j個因素的重要性的比較結(jié)果。1-9級標度法具體含義如表2所示。

表2 1-9級標度法具體含義Tab.2 The meaning of 1-9 scale method

在確定權(quán)重時，首先要計算求解每層判斷矩陣的最大特征值λmax及各因素對應(yīng)的特征向量，并對判斷矩陣進行一致性檢驗。判斷矩陣一致性檢驗的過程如下：首先，計算一致性指標其次，查找相應(yīng)的平均隨機一致性指標RI，1-9階的平均隨機一致性指標如表3所示；最后，計算和檢驗一致性比例如果C＜ 0.1，則認為

R判斷矩陣的一致性可接受，歸一化特征向量作為權(quán)重向量，否則需要對該判斷矩陣進行適當修正。記準則層權(quán)重向量為W= (w1，w2，…，wn)，其中wn為準則層第n個指標對應(yīng)權(quán)重；記指標層權(quán)重向量為Wn= (wn1，wn2，…，wni)，其中wni為準則層第n個指標中第i個指標因素對應(yīng)權(quán)重。

圖4 SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全評價指標體系Fig.4 The safety assessment index system of SAM system integrated commissioning and testing

表3 1-9階平均隨機一致性指標Tab.3 1-9 order average random consistency index

（5）多層次模糊綜合評價。模糊一級綜合評價：記bnj為準則層中第n個指標對應(yīng)評價等級j的隸屬度，其中1≤j≤4。結(jié)合指標層的權(quán)重及其模糊評價矩陣，運用模糊合成算子，得到準則層第n個指標的模糊評價向量Bn為

整理Bn即可得到準則層的模糊評價矩陣為

模糊二級綜合評價：記bj為目標層對應(yīng)評價等級j的隸屬度，其中1≤j≤4。結(jié)合準則層的權(quán)重及其模糊評價矩陣R，運用模糊合成算子，可以得到目標層的模糊綜合評價向量B為

（6）清晰化處理。在模糊綜合評價中，對于模糊綜合評價向量B= (b1，b2，…，bj，…，b4)，最大隸屬度原則有效度的相對指標[8]為

式中：α為最大隸屬度原則有效度，可以說明施行最大隸屬度原則判別的相對置信程度，通常認為當α＞ 1時，施行最大隸屬度原則非常有效；β為模糊綜合評價向量中元素最大的值，β= max1≤j≤4{bj}；γ為模糊綜合評價向量中元素第二大的值，γ=max1≤i≤4,i≠j{bi} 。

3 案例分析

以中國鐵路上海局集團有限公司(以下簡稱“上海局集團公司”)某站為例，組織20名來自技術(shù)研發(fā)、工程實施、現(xiàn)場運維等各方面專家成立SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全評價小組對各指標進行打分評價。經(jīng)過相關(guān)分析及匯總計算后得到相應(yīng)的指標權(quán)重和模糊關(guān)系矩陣，再運用模糊合成算子進行逐層評價，得到該站SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全風(fēng)險的綜合評價分析。

3.1 確定指標權(quán)重

通過對20位專家打分情況進行匯總計算和歸一化處理，得到準則層判斷矩陣A及指標層判斷矩陣Ai。對判斷矩陣進行一致性檢驗，準則層及指標層一致性檢驗相關(guān)參數(shù)如表4所示。由表4可以看出，判斷矩陣的一致性比例CR均小于0.1，可通過一致性檢驗。因此，判斷矩陣的歸一化特征向量即為相應(yīng)權(quán)重，準則層及指標層指標權(quán)重如表5所示。

表4 準則層及指標層一致性檢驗相關(guān)參數(shù)Tab.4 The consistency checking parameters of criterion level and index level

3.2 構(gòu)建模糊評價矩陣

組織安全評價小組的專家分別對15個指標層指標進行評價并對評價結(jié)果進行匯總，依據(jù)模糊評價矩陣的計算方法分別計算出準則層4個指標分別對應(yīng)的模糊評價矩陣。

表5 準則層及指標層指標權(quán)重Tab.5 The weight of criterion level and index level

3.3 多層次模糊綜合評價

利用公式 ⑵，得到SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全風(fēng)險評價人員因素的模糊評價向量為

同理可得設(shè)備因素的模糊評價向量為B2=(0.896 0 0.094 6 0.009 4 0.000 0)；車站環(huán)境水平的模糊評價向量為B3= (0.755 4 0.204 0 0.040 6 0.000 0)；車站組織管理的模糊評價向量為B4=(0.796 0.1355 0.067 8 0.000 0)。

利用公式 ⑷ 得到SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全風(fēng)險評價的模糊綜合評價向量為

利用公式 ⑸ 經(jīng)計算SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全風(fēng)險評價的模糊綜合評價向量的最大隸屬度有效度指標α= 2，說明施行最大隸屬度原則非常有效。因此，可選擇模糊綜合評價向量中最大元素所對應(yīng)的評價等級作為SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全的綜合評價結(jié)果，經(jīng)驗證上海局集團公司某車站SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全評價結(jié)果為安全。此外，通過結(jié)合分析權(quán)重與模糊綜合評價矩陣可知，車站職工的應(yīng)急能力與車站安全組織水平已經(jīng)成為制約SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車安全水平進一步提高的瓶頸，車站應(yīng)充分重視職工的培訓(xùn)工作，加大教育投入提升職工素質(zhì)。同時，車站還應(yīng)組織落實聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間制定的動態(tài)驗證方案，積極溝通協(xié)調(diào)相關(guān)部門，為車站安全組織提供保障。

4 結(jié)束語

SAM系統(tǒng)作為保障編組站站內(nèi)行車組織安全的重要設(shè)備，能有效防護行車組織中的各項安全風(fēng)險，其聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作是否到位直接決定了SAM系統(tǒng)投產(chǎn)后為車站運輸生產(chǎn)服務(wù)的水平。通過結(jié)合FTA與多層次模糊綜合評價方法各自的優(yōu)點對SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間的安全風(fēng)險進行研判，克服了單一采用某種分析方法大多不能取得良好效果的瓶頸。該方法為SAM系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間安全風(fēng)險研判提供了一種技術(shù)手段，為評估總體安全態(tài)勢提供了一種定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)安全綜合評估方案，為把握車站運輸生產(chǎn)安全脈絡(luò)提供支撐，為制定風(fēng)險控制措施提供依據(jù)。