轨道交通安全评价指标分析

1、1. 基于组合赋权方法的城轨线路运营安全评价-王艳辉安全评价指标体系包括5大类：车站指标、列车载客指标、设备指标、环境指标、管理指标。安全综合评价方法：层次分析法AHP和熵值法组合赋权综合评价。层次分析法是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法; 熵值法是一种客观赋权方法，它通过计算指标的信息熵，根据指标的相对变化程度对系统整体的影响来决定指标的权重。层次分析法考虑了专家的经验和知识，但主观随意性较大; 熵值法充分挖掘指标的原始数据蕴含的信息，结果客观，却不能反映专家及决策者的意见。由于评价的指标在综合评价时的作用是不均等的，因此，各个指标的贡献大小可以通过层次分析法和

2、熵值法综合确定权重来表示。 本文参考了城市轨道交通安全运营管理办法和城市轨道交通安全验收评价细则，对北京市轨道交通指挥中心提供的数据进行了大量的分析，依据本文建立的城市轨道交通线路运营安全评价指标体系，将城市轨道交通线路运营安全分为5个不同的等级，采用线性加权综合法，得到线路运营安全综合评价值。2. 高速公路交通安全风险评价方法研究-钟锐一般评价方法：灰色评价法，层次分析法，模糊综合评价法，径向基小波神经网络。利用径向基小波神经网络进行风险评价（1） 建立网络 利用matlab进行网络的建立。首先设定本次评价的径向基小波神经网络为四层，学习效率（设为函数eta）定位0.1。 总共有18个评价指

3、标，将18个指标列为矩阵1，所以网络输入层有18个输入节点。评价集是对高速公路安全性评价可能做出的评价结果所组成的集合，可表示为矩阵1:（V1，V2，V3Vn）T，本例中根据安全性的可能描述，可确定评价集为:V=很安全，比较安全，安全，不安全，很不安全，因此将神经网络的输出层设为5个节点，对应于5种评价结果矩阵，每种矩阵对应着不同的结果。 具体的评价集设定在训练过程中确定。根据公式3.3.2中的经验公式2，可以初步设定隐含节点数数为8。（2） 归一化数据将各评价指标列为输入矩阵，表示为，本例中提取的评价指标有:超速行驶率、疲劳驾驶率、操作失误次数、动力性、操作稳定性、制动性、一般值以下圆曲线半

4、径路段比例、超过纵坡最大值路段比例、左侧路肩宽度、右侧路肩宽度、路面横向力系数、年降雨天数、年降雪天数、年有雾天数、年大风天数、年突发地质灾害次数、山岭地区比例、交通流，共18个数要素，分别表示为C1. C18。由于这些评价指标的非量纲化结果为0-100的数，如果直接输入神经网络会导致输出结果始终处于饱和区，假如出现这样的情况，会导致权值调整过程进入误差曲面平坦区，所以将将所有数据进行归一化处理，即将数据都变为-1到1之间的数，归一化公式为:式中，分别代表所有数据中的最大值与最小值。（3） 网络训练建立好网络以后，利用“兰定”高速的历年各项数据，建立评价指标体系，并计算评价指标结果，再进行归一

5、化处理，输入神经网络进行训练，训练参数根据第四章的分析设定如下:最大训练次数(max_ epoch)设定为2_500，网络的最大允许误差(err_go al)设为10-5。在训练网络的过程中网络输出结果根据输入数据的不同会有不同的特征，例如当输入的数据明显为风险大、容易造成不安全状况的数据，网络输出结果为矩阵0,0,0,0,1T,而数据风险性为风险较大时，输出结果趋向于0,0,0,1,0T，输入数据为风险情况较小时，输出结果趋向于0,0,1,0,0打，输入数据为风险很小时，输出结果趋向于0,1,0,0,0打，输入数据为几乎没有风险时，输出结果趋向于1,0,0,0,0打，根据这一特征，可将本例的

6、评价集中各评价结果与输出结果相对应，即:很安全=1,0,0,0,0打，比较安全=0,1,0,0,0打，安全=0,0,1,O,OT，不安全=0,0,0,1,OT，很不安全=0,0,0,O,1T。（4） 评价结果 将用于兰定高速公路风险评价的各评价指标归按一化后的结果输入己训练好的四层径向基小波神经网络进行评价。 运行径向基小波神经网络评价程序，可以得到评价结果输出值，为:0.002834 0.739457 0.298237 0.059652T.对比评价集可知它接近矩阵0,1,0,0,0T=比较安全，所以它相应的评价结果是“比较安全”，也就是说兰定高速公路风险较低，是比较安全的。3. 在实践中，人

7、们普遍接受的风险定义是Mitchell提出的风险大小可以用风险发生的可能性乘以风险后果来表示，即R=P×L，其中，R代表风险大小，P为风险发生的概率或可能性，L为风险后果严重度4. 铁路既有线路运营风险量化分级研究-周扬凡地铁运营安全性指标体系包括人员伤亡、服务中断或延误和财产损失3个方面。通过对地铁运营系统状况进行分析与整理，结合企业职工伤亡事故分类标准和地铁运营安全评价标准，将上述指标根据不同的后果严重程度细分为若干等级。在评估过程中，把不同指标折算成一个单一的指标数是很有帮助的。笔者参考具有较好通用性的英国地铁“等效死亡”换算方法，根据生产安全事故报告和调查处理条例中的事故等级

8、划分规定、地铁运营安全评价标准中的事故分类分级标准和等效一般事故折算方法，结合我国地铁事故后果严重度统计分析情况，将伤亡类指标、服务类指标和损失类指标全部换算为“等效死亡”数，并对折算因子进行了修正。表中，LT表示损失工作日；t表示单列车延误时间，min；t1表示正线行车中断服务时间，min；t2表示车站服务中断时间，h；LED表示事件造成的直接经济损失，万元。地铁既有线路的运营安全风险程度用折算后的等效死亡数求和表示。风险后果严重度L计算公式为：选了16个子系统为1级指标的地铁既有线路运营可靠性定量风险评估指标体系，其下设36个2级指标用以评估车站、线路、车辆基地、线路控制中心内设备的可靠度

9、。文中引入AHP法来确定各子系统的权重系数。在对众多地铁安全专家和现场安全管理者进行调研的基础上，确定判断矩阵，最终通过Matlab软件求得各子系统的权重。 在运营风险量化分级表上，根据某条既有线路的风险概率和风险严重程度的加权统计计算结果，标明其所属的位置，即该条线路的运营风险等级。等级越低，说明安全现状越好。当运营风险等级R8时，该线路运营风险较大，运营企业需要重点关注，优先分配管理资源，积极提高风险管理水平，改善风险管理效果;当3R7时，运营企业需根据风险变化趋势持续关注，并相应调整管理资源，保证风险管理的效果;如果该线路运营风险R2，运营企业维持现有管理水平即可，并可适当调整其风险管理

10、资源到其他既有线路。5. 城市轨道交通网络化运营风险与安全评估-肖雪梅5.1 城市交通路网风险研究 静态属性（1） 结构度：节点的度，节点的重要性（2） 最短路径（3） 结构介数：能够衡量节点或者边对整个网络影响的重要程度，是一个全局测度。按照研究对象的不同，介数分为节点介数和边介数两种。按照研究角度的不同，介数可分为结构介数和功能介数。动态属性（1） 节点能力度：与节点Vi相邻边的运输能力之和。节点能力度反映了节点Vi在路网中提供的区间运输能力大小，其值越大，节点与其它节点之间相连通的区间运输能力也就越大，节点在路网中的运输地位就越重要。（2） 能力介数：节点能力介数与边能力介数。路网风险测

11、度指标研究（1）异质性：网络异质性是对网络微观组成单元属性分布不均匀程度的一种度量。 本文采用熵来分析城市轨道交通路网拓扑和功能属性分布的异质性，包括:度分布的异质性、结构介数分布的异质性、节点能力度分布的异质性、权值分布的异质性和能力介数分布的异质性等。 以节点结构度分布的异质性为例，路网节点连接越复杂，节点结构度分布越不均匀，路网异质性程度也就越大。城市轨道交通路网节点结构度分布的异质性的计算公式为: 式中，H（sd）表示路网中节点结构分布的异质性，反映了路网系统的宏观统计特征。 P（sd）表示的是一个随机选定的节点的度恰好为sd的概率，即路网中节点度为sd的结点个数占网络节点总数的比例。

12、（2）结构脆弱性：是指网络中节点或者边失效后网络性能受影响的程度。突发事件对网络功能造成的影响越大，系统抗干扰能力越差，网络脆弱性越大，风险越大，其安全性就降低。城市轨道交通路网脆弱性(Network vulnerability)分为结构脆弱性和功能脆弱性。5.2 城市轨道交通运输网风险研究（1） 连通可靠度（2） 运输脆弱性（3） 客流分布不均衡性：空间不均衡和时间不均衡 交通需求分布的不均衡影响着交通的运行状态。城市轨道交通客流分布的不均衡，造成部分车站和区间运力运量矛盾突出，剩余承载能力低，影响网络整体运输功能。极端情况下会造成车站或者节点失效，从而影响路网结构和运输功能发生变化，运营风

13、险增加。6. 城市轨道交通网络运营安全风险评估理论与方法研究-徐田坤指标构建：本文将影响运营安全的因素统称为风险衡量因子，借鉴故障模式与影响分析理论，对同一风险衡量因子从重要度、危害度、难检度、可能度、严重度、事故发生率、故障发生频率等七个方面对其属性进行描述，使之能够更确切、全面反应事物的特征。同时将风险衡量因子的属性划分为动态和静态两种衡量指标，其中定义静态风险衡量因子的评价是不需要随时调整或变动的，即一定时期内，其评价的属性是固定，不随每次检查或者测试而变动；动态风险衡量因子的评价是随着每次的安全检查工作的进行而不断调整或者变动，即每次检查时，其结果是不一样的。根据动态和静态指标的定义可

14、以得出重要度、危害度、难检度、可能度为静态衡量指标，严重度、事故发生率、故障发生频率为动态衡量指标。权重确定：以往对指标确定权重时，基本上是对各个指标进行两两比较，通过层次分析法确定权重或者是多位专家根据自己的经验对某一指标给出具体的分值，然后对指标所有的得分求平均值，得到指标的权重。这样对指标处理的过程，致使得到的指标权重主观性比较强，为了消除主观性影响，本文采用区间随机赋权法，即专家根据经验将指标等级划分若干个等级，然后对每个指标所处的等级给出一个区间，这样根据专家们对同一指标打分区间进行处理，根据指标离散程度，最终确定指标的权重具体值，使之更能反映实际情况。K-sigma多属性风险评估模

15、型：K-sigma安全风险评估模型构建是由静态风险衡量因子通过专家问卷调查，对收回的文件整理后再利用统计法求出各项静态风险衡量因子的平均衡量值()和标准差(S)，进行上下限风险梯度计算值的构建。然后利用城市轨道交通运营安全检查和查阅资料收集动态风险衡量因子()，计算出上下限风险强度值，最后将风险梯度上下限值和风险强度上下限值进行整合，推导出上下限风险水平指标门槛值。再利用风险监控图的绘制和风险分析，就可以对风险因素进行全面安全风险评价，并制定相应控制措施，提高运营安全管理水平。（1） 风险梯度计算上述四项静态风险衡量因子的均值和标准差。均值代表专家们对该指标的认知程度，标准差代表专家打分的离散

16、程度。然后求出各项风险因素每个指标的上下限门槛值。第m项风险因素的第1个指标上下限门槛值计算公式分别为: 其中，k为风险评估的控制幅度参数，风险管理者可以根据各个不同的安全风险因素设定不同k，来表达风险监控的目的;X表示静态风险衡量指标的变数；m为第m项安全风险因素。然后，利用坐标组合法将各指标值组合成n维风险空间图(n是指标个数，本文中为4)，图中的每个空间点代表单个风险因素梯度指标值的大小，离原点或最小衡量点越远，表示该因素风险强度指标值越大。每项风险因素的各项指标上下限值分别组合起来就是该因素风险梯度指标的坐标，如，再利用修正后的欧几里德距离公式计算出各因素组合坐标与原点或最小衡量点坐标

17、的风险梯度指标上下限门槛值及风险梯度值分别为:。其中，分别为第m项风险因素第i个指标值的最大值、最小值和均值，为第i项指标的权重。（2） 风险强度风险强度指标值主要是由动态风险衡量因子的风险值依据坐标组合法组合而成。风险强度指标值必须经过城市轨道交通运营企业日常检查、抽查、考核后，由安全风险因素的故障严重程度(Cm、故障发生率(几)以及重大运营事故发生率(A)综合决定。由于每次检修的故障严重度不同，故障发生频率也会随之不同，因此，风险强度(RI)指标也是随时变动的，我们可以把某一时期内的故障严重度的平均值，重大事故发生率和相对应的故障发生频率，一起作为风险分析与监控的基准，即每次的检修结果都要

18、与以前的结果相比较，若超过设定的门槛值，就要采取相应的处理措施，从而使得管理人员能够根据风险衡量指标动态变化风险值，采取相应控制措施，保证运营安全。根据运营实际情况和相关人员咨询，确定把各风险因素的故障严重度划分为五个等级，并对每个等级进行数值上的定义，本文以城市轨道交通运营安全风险因素车辆牵引系统为例，如表5-1所示，将故障严重程度规范量化，本文以0-1为界定范围，定义非常严重(0.8 1)，很严重(0.6-0.8 )，普通严重(0.4-0.6 )一般严重(0.2-0.4 )，不严重(0一0.2 ) o 风险强度指标的组合值也是将各指标衡量值按坐标组合法进行组合后，再利用公式5-6计算出与原

19、点坐标之间的欧几里得距离，即RI值。其坐标组合示意图如图5-7所示。式中，分别为第m项风险因素第i个动态指标衡量值的最大值、最小值、评定制，一般可取为第i项指标的权重。（3） 风险指数评价对象安全风险水平(risk level，RL)的上下限门槛值及绘制风险分析图，根据风险梯度上下限值和风险强度指标，可计算出各风险因素的安全风险水平上下限门槛值。式中， 分别为第m项风险因素的风险梯度上下限门槛直；某期间内风险因素强度大小或者每次检查后的风险强度大小。风险分析图以风险梯度值 为横坐标，以风险水平值RL为纵坐标，利用本次检修计算出的风险水平上下限值及风险梯度上下限门槛值绘制出风险分析图，并可以以此

20、来检验以后各次检修故障所处的状态。7. 目前，最为常用的安全风险等级划分方法是表征法，以构建出基于安全风险发生频率和后果烈度的安全风险矩阵。一般来看，安全风险矩阵随着不同行业特点而有不同维数，但大多是4乘4的矩阵，即发生频率为几乎不发生、偶尔发生、经常发生、频繁发生四种，后果烈度为基本无影响、有一定影响、较大影响、严重影响四种，并且对发生频率和后果烈度均按1到4赋值，从而构成了最终的安全风险等级矩阵:8. 故障树（FTA）风险事件发生的概率计算方法为：g为风险事件发生概率函数; 为求n个事件的概率积；为第i个基本事件的发生概率；为第i个基本事件的状态值，表示基本事件不发生，表示基本事件必发生；

21、为所有组成的集合；为风险事件状态值，表示风险事件不发生，表示风险事件必发生。9.事件树（ETA） 事件树分析（ETA）是对风险事件后果及程度分析的方法。某一事件树后果发生概率P计算方法如下： 其中， 为该后果从风险事件出发的所有事件树分支的概率。事件树后果发生频率计算方法为：P为风险事件后果发生概率函数；为求n个事件的概率积； 为该后果从风险事件出发的所有事件树分支的概率； 为第i个基本事件的发生概率；为第i个基本事件的状态值。10.常用风险评价方法（1）定性评价方法定性评价法主要是评价人根据其个人的经验和判断，对生产系统各方面的安全状况进行定性的评价。常用的定性评价方法主要有：安全检查表、失

22、效模式和后果分析、危险可操作性研究、预先危险性分析、事件树分析、故障树分析以及人的可靠性分析法等。这种评价方法的优点是评价过程简单、便于实现，但是其评价结果往往容易受评价专家个人主观因素的影响，具有一定的局限性。 (2)半定量评价法半定量评价法也是建立在评价人员实际经验的基础上，通过对评价对象的合理分析进行打分，根据最后计算的分值进行危险等级分级。常用的半定量评价方法有：概率风险评价法(LEC)，打分的价差表法、MES法等。这类评价方法的优点是可操作性强，且还能依据评价分数进行危险分级，但其不适用于结构复杂、不确定性因素较多的系统，如化工、煤矿等。 (3)定量评价法定量评价法是基于一定的数学运

23、算法则，通过对系统各影响因素的赋值，最终算出一个确定的数值，即系统的危险值。常用的定量评价法有:美国道(DOW)化学公司的火灾、爆炸指数法，英国帝化学公司蒙德工厂的蒙德评价法、口本的六阶段风险评价方法和我国的化工厂危险程度分级方法等。这类评价方法是建立在一定的数学基础之上的，因此结果的精度较高，且便于对比不同类型评价对象的危险程度。使用这类评价方法的一个关键步骤就是选择适当的评价方法。11.目前国内城市过到交通评价按照不同的评价方法主要包括两类：（1） 事故率评价法 事故率法是用几种相对指标来评价城市轨道交通运营安全。它包括单项事故率法(如线路事故率、区间事故率、地点事故率等)和综合事故率法(

24、如当量死亡率、综合事故强度等)。（2） 安全检查表评价法 安全检查表评价法是一种简单易行的评价方法，它根据经验或系统分析的结果，把评价项目自身及周围环境的潜在危险集中起来，列车项目检查的清单，评价时依照清单，逐项检查和评定。开发了许多评价计值方法:包括逐项赋值法、加权平均法、系统分析法、多级可拓评价方法、多指标综合评价方法、单项否定计分法等。12.城市轨道交通路网运营安全评价指标体系-黄雅坤在查阅相关资料和深入开展实地调研的基础上，本文针对城市轨道交通路网运营安全进行了深入分析，认为影响城市轨道交通路网运营安全的主要因素可分为6大类，分别为网络抗毁性、网络适应性、网络负载均衡性、设备设施安全性

25、、综合环境安全性和管理安全性。13事故等级分类14.基于事故理论的城市轨道交通评价模型研究对于特定的重大事故估计它所带来的风险，需要考虑特定重大事故发生的频率和后果。风险程度用每年发生的事故数表示。对于已发生的事故并不总是导致最坏的结果，而可能会有一些不同的后果，有些并不造成死亡，因此，总体风险度计算公式如下: 式中， 责任事故总体风险度（事故数/百万车公里） 非责任事故总体风险度（事故数/百万车公里） 重大事故数 大事故数 险性事故 一般事故数 15.基于复杂网络和熵的城轨路网运营安全评价模型 （1）安全要素：该模型底层中每一个节点代表影响城市轨道交通路网安全运营的要素。每个安全要素是独立的

26、安全主体，具有不同的动力学行为、不确定性和随机性等特性，用表征安全要素在k时刻的属性值。（2）安全单元：由若干个关联紧密、相互制约的安全要素、按照一定方式形成的能够表征系统安全状态的单元，是安全要素、相互作用的函数。在城市轨道交通路网安全运营中，可分为人员、固定设备设施、车辆、环境、管理和其他6个单元。（3） 安全状态S：表征整个城市轨道交通路网运营系统安全状态的度量，是由各安全单元聚合的函数。 假设对安全要素、以及与其有祸合作用的安全要素量化处理后的各安全要素不同时刻的状态行为序列: . （4） 关联系数：k时刻，安全要素对安全要素影响的度量：式中: 表示与节点耦合作用的点的集合;P为分辨率

27、，其作用是减少极值对计算的影响，0<P<1，一般取0. 5。（5） 耦合作用强度r：关联系数只表示各时刻安全要素之间的关联程度，为从总体上了解安全要素之间的耦合作用强度，用各期间关联度系数的平均值作为2个安全要素之间的耦合作用强度: 加权矩阵，点强度，演化路径，传播率，涌现行为，安全度。（6） 安全熵：城市轨道交通路网安全要素的不确定度、混乱度和无序度。则，由j个安全要素相互作用组成的用安全熵表示：式中，表示在单元中的权重，由的点强度计算得出：则，整个城市轨道交通路网运营系统的安全熵是式中，表示在系统S中的权重。 当与耦合作用最强的安全要素的安全熵增大，的安全熵增大，单元混乱程度增

28、大。从而导致整个系统的安全熵增大，混乱程度增大，安全性降低。正是底层安全要素的相互作用、相互影响，从局部到整体、自底向上涌现，结果表现为上层城市轨道交通路网运营过程中发生不安全行为。16.灰色系统是指系统中既有白色参数(己知参数)又有黑色参数(未知参数)的系统，其研究内容包括客观事物的量化、建模、预测、决策、控制等。灰色系统理论是从信息的非完备性出发，用于研究和处理复杂系统的理论，通过对系统某一层次的观测资料进行数学处理，达到在更高层次上了解系统内部变化趋势、相互关系等机制的目的。灰色系统一般用于处理不便于辩识或不能很快辩识的不完全系统。17.安全评价方法：（1）安全检查表法：利用安全检查表对

29、城市轨道交通工程的线路及平面布置，各系统安全 设施设计符合性等方面进行安全检查评价，可以使人们对整个工程安全状态有着全面、系统的了解，对各个子系统的危险程度形成基本的认识 ，达到从宏观上掌握安全状态、找出危险源所在的目的。（2）工程类比法：建议参照已建城市轨道交通工程在施工及运营过程中的实测数据，对照现行国家相关标准规范，对新建工程作业场所有害因素 (包括：噪声、振动、照明、粉尘 、辐射等方面)进行分析评价。（3）)预先危险性分析法 (PHA)：建议对城市轨 道交通工程建成后 的运营危害 、核心设备危害利用 预先危险性分析法进行评价。（4）)计算模拟评价方法 ：建议利用 FDS(Fire Dy

30、 namics Simulator火灾动力学模拟 )方法对城市轨道 交通典型点的火灾危险性进行模拟分析评价 ，明确 城市轨道交通工程 的防排烟设计方案是否满足地 铁设计规范的相关要求 ；利用 FLAC3D方法，对城市轨道交通工程典型点在建设施工过程中土体、结构应力的重新分布过程的数值模拟分析，达到从强 度控制与变形控制两方面来对开挖过程中的围护结构、车站主体结构的稳定性进行分析的 目的。 (5)模型试验分析评价 ：根据城市轨道交通工程典型站点的设计参数，搭建一定比例的实验平台，对可能发生火灾的危险点进行试验分析评价，已验证工程设计及计算模拟的正确性。18.基于熵值法的地铁运营系统风险评估（1）)建立底层风险评估矩阵。综合各专家对底层指标的赋值构成底层风险评估矩阵，即事件A有m个指标，每个指标有 n个评价值；（2）对评价指标