本文是一篇工程硕士论文，本研究以高铁接触网系统为研究对象，依托中国铁路太原局集团有限公司某供电段实际，开展对高铁接触网系统风险问题库构建和安全运行状态综合评价研究工作。通过对高铁接触网系统的 HAZOP 分析，结合该供电段的实际情况，建立了高铁接触网安全运行风险问题库；并在此基础上，通过对指标体系的初步构建、指标因素的筛选、指标权重的优化，构建了基于云模型的高铁接触网系统综合评价模型。
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 我国高速铁路发展现状
铁路是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程,是综合交通运输体系的骨干和主要交通方式之一[1]。高速铁路作为铁路运输的重要组成部分，因其具有全天侯、安全好、运能大、速度快、耗能低、污染轻等优点[1]，成为了我国铁路网发展的重点。
自 2004 年《中长期铁路网规划》发布以来，我国的高速铁路得到迅速发展，并提出了“八纵八横”的高速铁路网规划。据有关资料显示，我国高速铁路年投产里程在2016~2018 年之间，始终保持在 2000 公里以上的速度。从 2015 年底至 2018 年底，营业里程由 2 万公里增至 3 万 km[2]。具体数据及增长趋势如图 1.1 所示。
图 1.1 我国高速铁路投产里程及营业里程
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 危险有害因素辨识与评价研究现状
危险有害因素辨识是指通过系统分析的方法，发现并识别系统内部各组成部分存在的危险源，是之后安全风险分析以及控制和治理等工作的重要基础和关键的环节。目前，国内外各专家、学者进行了深入探讨和分析，为使危险有害因素辨识更加全面、完整，已总结编制出了一批能够适用不同领域的危险有害因素辨识的理论和方法。
钱新明、陈宝智[4]首先提出了Ⅰ类危险源和Ⅱ类危险源的概念，并将其应用于化工领域，以罐区为例分别对两类危险源的辨识方法和控制原则进行了论述。
Haile.J.P[5]介绍了定量风险评估技术优缺点，并针对定量风险评估技术在铁路系统设计和运行中的应用提出了参考意见。
Leighton.C.L[6]采用事件树分析法和事故树分析法，在英吉利海峡隧道铁路干线的概念阶段对其进行了风险评估。
Ingleby Michael、Mee David J[7]将故障模式及影响分析(FMEA)应用在铁路信号控制系统中，对该系统存在的危险有害因素进行了定性分析，建立了包含轨道地理理论和轨道环境一般状态的“危险演算”模型。
高进东、吴宗之、王广亮[8]针对国外重大危险设施进行了研究，在国外重大危险设施的辨识标准的基础上结合我国实际情况，提出了适用于我国的重大危险源辨识最小标准的建议。
Mottram.R.L[9]构建了一个英国铁路行业的安全分析模型，该模型使用故障树分析和事件树分析法对英国铁路行业的安全风险水平进行预测，利用相关安全性能数据对危险事件的安全风险进行精确量化。董大旻[10]针对危险源管理技术的不同阶段，将危险源自辨识、动态辨识及危险性评价技术应用于施工过程中日常的安全管理，并在事前预控、过程监控和紧急状况下的预警和应急处置等过程中的各个阶段加以应用。
Guenab F、Boulanger J L、Schon W[11]分析了初步危险性分析技术 PHA 的适用范围，并在铁路系统中安全关键部分的初步设计阶段对其加以应用，对各事件发生的概率和后果进行评估。
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第二章 高铁接触网系统风险问题库构建
2.1 高铁接触网系统概述
由于在第一章已经对高铁接触网的特点进行了归纳与总结，在这里不在赘述，本章主要针对高铁接触网的原理、功能和结构进行简要介绍。
2.1.1 高铁接触网的供电原理
高铁接触网是沿铁路线上空架设的输电线路，位于电力机车的上方，向其输送电流的装置[30]，其作用是向电力机车供电。与电力机车和牵引变电所共同构成了高速铁路系统，被称为高速铁路的“三大元件”。三者的关系可以用一个简单的比喻，如果牵引变电所相当于电源，接触网相当于供电导体，而电力机车就是负载，特殊之处在于，电动车组可视为是高速移动的负载。牵引供电回路示意图如图 2.1 所示。
图 2.1 牵引供电回路
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2.2 危险有害因素辨识原理
2.2.1 危险有害因素的概念
危险因素是指能造成高铁接触网系统突发性损坏的因素，强调了社会性和突发作用；而有害因素是指能造成高铁接触网系统慢性损坏的因素，强调的是在一定时间内的累积作用[35]。虽然二者有所区别，但从事故发生的本质的角度都可归结为能量的意外释放。意外释放的能量一旦作用于设备、设施以及环境等，并且能量的作用超过其抵抗能力，就会对接触网设备和环境造成破坏。在进行辨识时，将危险因素和有害因素统称为危险有害因素。
2.2.2 危险有害因素辨识的基本原则
高铁接触网安全运行危险有害因素的辨识是指对高铁接触网系统运行时存在的危险进行分辨、识别和分析，它是预测高铁接触网安全运行状态和事故发生途径的一种手段，是构建安全风险问题库和安全运行状态评价的第一步和基础，应遵循的原则如图 2.4所示。
图 2.4 危险有害因素辨识原则
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第三章 基于信息敏感性的评价指标筛选...................................42
3.1 初始评价指标体系的构建........................ 42
3.1.1 高铁接触网安全运行状态评价指标体系构建原则............. 42
3.1.2 初始评价指标的选取.............................. 43
第四章 基于合作博弈理论和变权重修正方法的指标权重优化....................52
4.1 权重的基本概念与分类.................................. 52
4.2 基于相容矩阵分析法的权重计算.................................. 53
第五章 基于云模型的安全运行状态模糊综合评价.........................65
5.1 云模型的基本概念................................ 65
5.2 高铁接触网安全运行评价模型的构建................... 66
第五章 基于云模型的安全运行状态模糊综合评价
5.1 云模型的基本概念
云模型的整体特征通过期望 Ex、熵 En、超熵 He 三个数值来表征。期望 Ex 表示云滴在论域空间分布的期望，是这个概念量化最典型的样本，也是一个最能够代表定性概念的点。熵 En 在云模型中用来表示某定性概念的模糊度和概率，能够体现模糊性和随机性的关联程度。超熵 He 是熵的不确定度量,即熵的熵,反映了在数域空间代表该语言值的所有点的不确定度的凝聚性,即云滴的凝聚度[64]。其大小间接地表示了云的离散程度和厚度，云模型图像及参数影响如图 5.1 所示。
图 5.1 正态云模型
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第六章 结论
本研究以高铁接触网系统为研究对象，依托中国铁路太原局集团有限公司某供电段实际，开展对高铁接触网系统风险问题库构建和安全运行状态综合评价研究工作。通过对高铁接触网系统的 HAZOP 分析，结合该供电段的实际情况，建立了高铁接触网安全运行风险问题库；并在此基础上，通过对指标体系的初步构建、指标因素的筛选、指标权重的优化，构建了基于云模型的高铁接触网系统综合评价模型。主要研究结论如下：
（1）本研究基于 HAZOP 构建的高铁接触网系统安全风险问题库，共梳理出安全运行风险事件共 35 项、相关的隐患排查标准共计 47 条，并制定了相应的控制措施，其研究可应用于高铁接触网系统的日常安全隐患排查与治理。
（2）通过对主成分分析法进行改进，将信息敏感性概念引入主成分分析法中，根据实际检测数据对 25 个初始指标进行敏感性分析，剔除信息敏感性偏小的指标，筛选出了核心指标 20 个，优化了高铁接触网系统综合评价指标体系，并为高铁接触网系统安全运行状态的客观、公正评价奠定了技术基础。
（3）所构建的基于合作博弈理论和变权重修正的权重计算模型能够克服单一方法本身的局限性，并通过实际数据对组合权重进行变权修正，解决了传统定权重计算时某项指标过大时对评价结果产生过大影响的问题，并使权重结果更具针对性和适应性。
（4）基于云模型理论构建了高铁接触网系统安全运行状态评价模型，解决了高铁接触网评价指标体系中各项指标及数据的随机性和模糊性问题；利用 MATLAB 软件将高铁接触网安全运行状态的评价结果通过云图像表达，使评价结果更加具体、直观。将评价结果与实际运行情况进行对比分析，证实了该评价模型的有效性。
参考文献（略）
