论文部分内容阅读
对于现代铁路运输来说，铁路信号系统起着保证列车行车安全、提高行车效率的重要作用。现代高速铁路信号系统将计算机、通信、自动控制等技术融为一体，拥有比传统的信号系统更加复杂的功能和交互关系。这一特性在带来便利的同时也引入了更多的风险。作为信息物理融合系统，发生在铁路信号系统中的安全威胁可能对现实世界中的铁路运行造成巨大的危害，因此对铁路信号系统进行安全威胁分析非常重要。
系统安全理论过程分析(System-Theoretic Process Analysis for Security, STPA-Sec)是一种基于系统理论的安全分析方法，相比较于传统的基于事件链的分析方法更关注系统组件之间的相互作用，更适用于铁路信号系统这种高度交互、紧密藕和的软件密集型系统。但STPA-Sec分析方法存在人为因素大、分析冗余的缺点，因此分析的完整性和低冗余性是这一方法的研究重点。同时，铁路信号系统作为安全苛求系统，不可能绝对安全，因此判断不安全控制动作风险是否可接受也非常重要。
本文根据上述问题，对STPA-Sec分析方法进行改进，并设计了基于风险矩阵的铁路信号系统不安全控制动作风险评估方案，对分析出的不安全控制动作进行风险等级评估，以确定其风险等级是否可接受。论文主要工作如下：
1.对STPA-Sec分析方法的不安全控制动作识别方法进行改进，通过定义初始组合约束和安全规则，在生成不安全控制动作的场景集和潜在的不安全控制动作集合后自动删除其中不满足条件的部分，以达到减少场景数量和潜在的不安全控制动作的数量的目的，从而减小后期人工筛选的工作量。
2.建立铁路信号系统分层控制结构模型，从分层控制结构模型中分析出铁路信号系统中十个重要控制回路。之后使用改进的不安全控制动作识别方法对RBC与车载设备这一关键控制回路进行不安全控制动作识别，根据生成的不安全控制动作、致因场景根节点集合、组件级别控制回路进行致因场景分析。
3.设计不安全控制动作风险等级评估方案，首先通过模糊层次分析法和模糊综合评价法分析致因场景发生的可能性大小、评估不安全控制动作后果严重度等级，对于功能风险致因场景，利用设备安全完善度等级进行可能性计算，之后通过风险矩阵确定致因场景的风险等级，最终确定不安全控制动作的风险等级。
系统安全理论过程分析(System-Theoretic Process Analysis for Security, STPA-Sec)是一种基于系统理论的安全分析方法，相比较于传统的基于事件链的分析方法更关注系统组件之间的相互作用，更适用于铁路信号系统这种高度交互、紧密藕和的软件密集型系统。但STPA-Sec分析方法存在人为因素大、分析冗余的缺点，因此分析的完整性和低冗余性是这一方法的研究重点。同时，铁路信号系统作为安全苛求系统，不可能绝对安全，因此判断不安全控制动作风险是否可接受也非常重要。
本文根据上述问题，对STPA-Sec分析方法进行改进，并设计了基于风险矩阵的铁路信号系统不安全控制动作风险评估方案，对分析出的不安全控制动作进行风险等级评估，以确定其风险等级是否可接受。论文主要工作如下：
1.对STPA-Sec分析方法的不安全控制动作识别方法进行改进，通过定义初始组合约束和安全规则，在生成不安全控制动作的场景集和潜在的不安全控制动作集合后自动删除其中不满足条件的部分，以达到减少场景数量和潜在的不安全控制动作的数量的目的，从而减小后期人工筛选的工作量。
2.建立铁路信号系统分层控制结构模型，从分层控制结构模型中分析出铁路信号系统中十个重要控制回路。之后使用改进的不安全控制动作识别方法对RBC与车载设备这一关键控制回路进行不安全控制动作识别，根据生成的不安全控制动作、致因场景根节点集合、组件级别控制回路进行致因场景分析。
3.设计不安全控制动作风险等级评估方案，首先通过模糊层次分析法和模糊综合评价法分析致因场景发生的可能性大小、评估不安全控制动作后果严重度等级，对于功能风险致因场景，利用设备安全完善度等级进行可能性计算，之后通过风险矩阵确定致因场景的风险等级，最终确定不安全控制动作的风险等级。