中国高速铁路电务安全指数指标体系构建

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2024年4月25日发(作者：)

中国高速铁路电务安全指数

指标体系构建

韩安平

1

，阚佳钰

1

，姜锡义

2

，王卫东

1

，富德佶

1

，刘鹏

2

2.中国国家铁路集团有限公司调度指挥中心工电调度处，北京100844）

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司，北京100081；

摘要：电务安全是影响高铁安全的重要因素之一，是一个多目标、多体系、多内容的复杂综

合问题，有必要构建综合性的评价指数，用于直观、简便、科学地评估我国高铁电务安全的总

体状况，为高铁安全相关战略的实施提供理论基础。总结并梳理电务安全指数的定义和内涵，

提出构建电务安全指数评估的指标体系，包括覆盖范围、具体指标、参数确定、测算方法等。

利用已构建的电务安全指数指标体系及相关数据，对典型线路的电务安全状况进行试评估。

关键词：高速铁路；电务安全指数；指标体系；评估

中图分类号：U284；U285文献标识码：A文章编号：1001-683X（2020）05-0033-06

DOI：

10.19549/.1001-683x.2020.05.033

0引言

“安全”一直是铁路运输永恒的主题，更是铁路运

战

［2］

。提升运营安全水平一直是国内外各行业十分关

注与重视的问题，我国多个行业都先后引入“安全指

数”这一指标用以量化某一时期的安全状况。例如，

王明武

［3］

在研究中提出，为了预测通航的安全水平，

适应通航快速发展的趋势，探究采用灰色区间法建立

一种评估航空运输系统安全指数的指标体系。在韩延

胜

［4］

的研究中，运用压力-状态-响应PSR概念模型建

立了长江水上交通安全评价指标体系，通过AHP分析

法给指标赋权重，并编制程序计算指标的综合权重，

最后对长江水上交通安全进行评价。周涂强等

［5］

引入

仿真方法，提出基于蒙特卡洛仿真的水上交通安全评

价方法，建立改进综合安全指数模型，通过风险概率

输产品最重要的质量特征

［1］

。随着我国铁路路网规模

快速扩大，铁路运营安全面临更加严峻的风险和挑

基金项目：

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目

（P2018Z001、J2019Z001、J2018G002）；国家自然科

学基金-高铁联合基金（U1734211）

第一作者：

韩安平（1970—），男，研究员。

通信作者：

王卫东（1963—），男，研究员，博士。

E-mail：

E-mail：

CHINARAILWAY2020/05

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分布的形式表示特定时间或特定空间范围内的水上交

通安全评价方法。这些行业对于安全指数的研究，为

提升本行业运输安全水平提供了良好的参考和借鉴。

我国铁路安全指数的相关研究十分缺乏，而国际

铁路联盟（UIC）发布的铁路安全指数没有考虑隐患的

影响，且计算方法的规定大多与我国现有安全规章不

符，实际计算时很难实现。因此，有必要建立我国的

铁路安全指数体系，尤其是高速铁路安全指数体系。

在此，研究构建中国高速铁路电务安全指数指标

体系，并选取典型线路和典型时间进行试算，以期能

够以电务安全指数为基础，跟踪分析全国高速铁路电

务安全状况及变化趋势，针对电务安全保障的薄弱环

节，提出改进相关工作的建议，从而保证高速铁路电

务设备高效运行。

中国高速铁路电务安全指数指标体系构建韩安平等

节，提出改进相关工作的建议，为相关部门对故障的

防范、对设备做出相应的维修决策提供参考，能够不

断提升高铁电务安全保障能力，以保证高速铁路电务

设备安全可靠运行。

通过编制高铁电务安全指数，可以用统一的评价

标准，全面地反映不同地区线路的高铁电务设备安全

状况，可以在不同线路之间横向比较，也可对同一条

线路在不同时期进行纵向比较，最大限度地发挥指数

的作用。高铁电务安全指数的相关研究，对长期评价

高铁电务设备的运营状态具有重要意义。

电务工作是一项专业性、综合性都较强的工作，

公众对电务的发展状况认知相对有限，采用一个简洁

的指数表征电务安全，有利于公众进一步认识和理解

电务工作。同时，建立并不断完善高铁电务安全指数，

也为构建我国铁路整体的运营安全指数体系提供基础。

1高铁电务安全指数的定义及意义

电务安全的内容广泛，涵盖了电务设备的方方面

2

2.1

高铁电务安全指数指标体系的构建

总体框架

参考借鉴国内外相关指数构建方法，采取目标层、

面

［6-7］

。车载设备、信号基础设备、列控地面设备、计

算机联锁系统、调度集中系统（CTC系统）、通信设备

六大类型设备是高铁电务设备的重要组成部分，是高

铁电务安全的根本保障，以下用电务“六大类型设备”

代指上述设备。而六大类型设备中每一类型的设备又

包含子系统或部件，每个部件都会影响到电务安全的

整体状态和发展趋势，目前对电务安全的评价主要针

对六大类型设备分别进行评价。

准则层、指标层的结构框架

［8-10］

。目标层为高铁电务安

全指数；准则层也是分指数层，根据实际情况需要，选

取高铁电务设备的主要组成部分进行研究，围绕不同的

方面进行分指数设置；指标层包括影响高铁电务安全的

若干基础指标，每个指标均对应准则层的1个分指数。

2.2准则层选取

准则层主要围绕高铁电务设备的重要组成部

1.1定义

高铁电务安全指数是以高速铁路电务设备为研究

分——电务六大类型设备进行研究，每一类设备均为

1个分指数，每个分指数分别对应指标层的几个具体

指标。

对象，表征电务设备运营阶段状态的安全指标体系。

针对六大类型设备，每一类型的设备都为1个分指数，

每个分指数都由若干个指标合成，由于大部分的构成

设备为微电子设备，且微电子设备的故障规律基本相

似，因此各分指数的指标基本相似。电务安全指数对

电务安全进行定量评价，为保障电务设备安全可靠运

行提供理论支撑。

2.2.1车载设备

我国高速铁路列控车载设备主要包括CTCS3-300T

型列车超速防护系统（ATP）车载设备、CTCS3-300H

型ATP车载设备、CTCS3-300S型ATP车载设备、

CTCS2-200C型ATP车载设备、CTCS2-200H型ATP车

载设备等。

1.2意义

构建高铁电务安全指数指标体系，定期开展全国

2.2.2地面设备

高铁线路的安全测算，跟踪分析全国高速铁路电务安

全状况及变化趋势，针对高铁电务安全保障的薄弱环

我国高速铁路信号地面设备主要包含以下4类：

（1）信号基础设备：主要包括信号机、道岔、轨

-34-

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中国高速铁路电务安全指数指标体系构建韩安平等

设备和计算机联锁系统对行车的安全有着至关重要的

影响，其分指数的权重设置较大。而信号基础设备、

CTC系统和通信设备一般不会导致行车事故，且通信

设备故障不影响行车安全，CTC系统故障主要短时影

响行车调度指挥，信号基础设备受室外环境和自然灾

害的影响较大，故障多为机械故障，一旦发生故障能

通过其他系统进行提示，一般不会直接影响行车安全，

因此以上分指数的权重设置相对较小。指标层的各分

指标对于总指标的影响程度不分伯仲，任何1个指标都

对行车安全有影响，因此各指标的权重相等。高铁电

务安全指数体系架构及各指标权重见表1。

表1

目标层

道电路、电源、电缆电线等。

（2）列控地面设备：主要包括列控中心（含地面

电子单元LEU）、临时限速服务器（TSRS）、无线闭塞

中心（RBC）、应答器等。

（3）计算机联锁系统。

（4）CTC系统。

2.2.3通信设备

我国高速铁路商用通信设备主要包括机车综合无

线通信设备（CIR）；铁路专用全球移动通信系统

（GSM-R）设备，如基站、核心网交换机、通用无线分

组业务（GPRS）服务器等；骨干通信网设备，如光

缆、同步数字传输体制（SDH）设备、光传送网

（OTN）设备等；数据网，如交换机、路由器、网管系

统等。

高铁电务安全指数体系架构及各指标权重

准则层（权重）/%

车载设备（25）

信号基础设备（3）

列控地面设备（25）

开通运行时间(1/3)

发生故障数量(1/3)

发生事故等级(1/3)

指标层（权重）

2.3指标层选取

高铁电务设备大部分为微电子设备，故障发生具

电务安全指数地面设备

有随机性，根据前期研究的大量数据统计和经验分析，

微电子设备的故障受部件寿命影响较大，因此选择

“开通运行时间”为其中1个指标。

事故的发生情况是衡量运营安全的一个重要指标，

掌握事故情况、分析事故规律和总结经验教训，才能

采取针对性措施加以预防，减少事故的发生。根据

《铁路交通事故应急救援和调查处理条例》规定，对我

国铁路事故进行分类和等级划分，指标层设置“发生

事故等级”指标。

只考虑事故的类型、人员受害程度、伤亡人数以

及事故责任等事故情况，而没有考虑隐患的影响是不

全面的，实际上隐患对于安全有着不容忽视的影响，

因此设置“发生故障数量”指标。

受到部分数据不完整和保密等问题影响，在指标

层的基础指标选择上，暂时只选择开通运行时间、发

生故障数量和发生事故等级3个基础指标进行研究。

计算机联锁系统

（25）

CTC系统（11）

通信设备（11）

3

3.1

高铁电务安全指数

计算公式

基于上述研究与分析，构建高速铁路电务安全指数

（High-speedRailwayElectricitySafetyIndex，HRESI），

该指数由车载设备、信号基础设备、列控地面设备、

计算机联锁系统、CTC系统、通信设备6个分指数构

成，分别表征每条线路上的车载设备、信号基础设备、

列控地面设备、计算机联锁系统、CTC系统、通信设

备安全状况，每个分指数都根据设备的开通运行时间、

发生故障数量和事故情况进行加权计算得出，综合反

映高铁电务安全情况，安全指数数值越大，发生故障

概率越小，表明安全性越高。其计算公式为：

k

é

n

ù

1

HRESI=

×

∑

ê

E

ti

×E

fi

+

∑

(

E

tj

×E

aj

)

ú

E

m

i=1

ë

j=1

û

2.4准则层和指标层的权重设置

关于准则层和指标层的权重方面，在充分梳理和

借鉴其他相关指标体系权重的思路和方法基础上，结

合高铁电务安全指数自身含义，采取会议研讨和函询

的方式，广泛征求电务领域专家和行政人员的意见。

在准则层的分指数设置上，由于车载设备、列控地面

{

}

-1

，（1）

式中：

E

t

为各设备的开通运行时间系数；

E

a

为事故类

型系数；

E

f

为故障系数；

E

m

为线路里程系数；k为车载

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-35-

设备、地面设备以及通信设备中发生故障的设备类型

总数，如k=6；n为线路上某类设备发生的事故件数；

E

ti

、

E

fi

、

E

aj

及

E

tj

均为根据指标类型及设备类型加权后

中国高速铁路电务安全指数指标体系构建韩安平等

3.2.2事故类型系数

事故的发生情况是衡量运营安全的一个重要指标，

《铁路交通事故应急救援和调查处理条例》对我国铁路

事故进行了分类和等级划分。根据各类型事故的严重

程度和影响范围，对事故类型系数进行3个层级的赋

值，具体赋值情况见表3。

表3

事故类型

一般B类及以上，C1—C5

其他一般C类（除C21），D21

其他一般D类，C21

的系数；

E

ti

、

E

fi

分别为第i类设备的开通运行时间系

数、故障系数；

E

aj

为第i类设备的第j个事故的事故类

型系数；

E

tj

为第i类设备发生第j个事故时的开通运行

时间系数。

3.2

3.2.1

系数赋值

开通运行时间系数

在设备刚开始使用时，由于元器件设计、材料、

事故类型系数

E

a

赋值

事故类型系数

300

5

1

制造和安装过程中的缺陷等原因，失效率较高，表现

为早期故障，在此时期对元器件故障原因必须尽早发

现并消除，才能使故障率降低。当排除了所有能排除

的缺陷后，元器件或系统的失效率近似保持不变，进

入偶然故障期。对于元器件而言，此时处于最佳工作

状态，并希望失效率尽可能低于要求值，而且希望这

一时期的持续时间尽可能长。但是随着使用时间的增

加，元器件和系统开始老化，进入损耗故障期。这3个

时期的曲线连接在一起，形状与浴盆特别相似，称为

浴盆曲线

［11］

。

根据前期大量数据统计和研究发现，各典型高铁

线路的开通时间与高铁电务故障发生情况的关系与浴

盆曲线的形状极为相似。在刚开通运营初期故障相对

较多，随时间增长故障发生下降；基本最晚到2年左

右时间故障发生趋于平稳；但由于电务方面维护技术

和管理水平都在提升，实际线路数据中，运行达到或

接近10年的线路，浴盆曲线的第3阶段尚未出现。因

此假设10年后才会出现浴盆曲线的第3阶段，那么目

前研究第3阶段的赋值是暂时的，后续将根据实际数

据情况进行优化。根据以上分析对开通运行时间系数

进行赋值，具体情况见表2（其中：t为运行时

间，年）。

表2设备的开通运行时间系数

E

t

赋值

开通运行时间系数

50/

t

4

1

10×(t-10)

2

3.2.3故障系数

在考虑事故类型、人员受害程度、伤亡人数及事

故责任等事故情况以外，还需要考虑隐患的影响。海

因里希提出的“300∶29∶1法则”，即在1件重大的事

故背后必有29件轻度的事故，还有300件潜在的隐患，

可以应用于此。故障的发生数量可以一定程度地反映

安全隐患，因此对于故障系数，以当年线路上实际发

生的故障计数。

3.2.4线路里程系数

不同线路的开通里程有长有短，开通里程较长的

线路装备数量较多，故障发生也相对较多。由于故障

系数以当年线路上实际发生的故障计数，因此设置线

路里程系数，用于对指标进行一定程度的归一化处

理。若该线路里程为100km，则线路里程系数取

值100。

4

4.1

高铁电务安全指数试算

试算对象的选取

在可获得的数据中，高速铁路开通运营的线路有

100余条，从这些线路中选取典型的高铁线路进行分

长、装备数量大、故障件数较多。

析。选取的基本原则为：投入运营超过5年、运营里程

结合国家铁路改革发展布局的相关特点，选取典

型线路开通时间较短和典型线路开通时间较长的2个年

份作为试算的典型年份，同时对这2个年份的试算结果

进行对比。

开通运行时间

2年以内

2~10年

10年以上

-36-

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中国高速铁路电务安全指数指标体系构建韩安平等

4.2典型线路试算结果

利用已构建的电务安全指数指标体系及相关数据，

18

16

14

对某典型线路自开通以来的指数进行试算，其历年电

电

务

安

全

指

数

务安全指数试算趋势见图1。

12

10

8

n

年

年

n

n

+6

年

年

n+6

6

4

2

0

线路1线路2线路3线路4线路5

图2n年及n+6年典型线路电务安全指数

仅有微小差异。造成这些差异的主要原因为：线路长

度不同，即使相同数量的故障对不同线路的影响程度

也不一样；所处的自然环境不同，由冰雪雨等天气影

响造成的故障情况不同；维护人员技术水平不同，对

图1某线路历年电务安全指数试算趋势

有些故障类型的处理时间不同。从线路1、3、5可以看

到，随着后续管理的加强、维护人员素质的提高，设

备故障减少，指数明显提高。特别是线路3，线路本身

所处的自然环境好，自然灾害少，线路条件相对优秀，

且在n+6年处于运行最佳时期，其安全指数也处于较理

想状态。

由图1可以看出，该线路安全指数整体呈上升趋

势。开通初期，所有设备处于协同工作磨合期，设备

也处于典型的电子器件早期失效期，另外维护人员对

新上设备也有一定的适应期，因此开通前期安全指数

相对较低，之后随着设备的稳定、维护保养的跟进和

管理的加强，安全指数快速提升。

5总结

提出构建电务安全指数指标体系的概念，并给出

4.3典型年份试算结果

利用已构建的电务安全指数指标体系及相关数据，

开展部分典型线路开通时间较短和全部典型线路开通

时间较长的2个年份作为试算年份，这2个年份相差

6年，试算结果及对比见图2。

由图2可以看出，在部分典型线路开通时间较短的

计算方法，同时选取典型的高铁线路和典型年份进行

试算，试算结果初步表明构建的电务安全指数有一定

的适用性。但是受到部分数据可获得性的影响，在指

标层的基础指标选择上，暂时只选择开通运行时间、

发生故障数量和发生事故等级3个基础指标进行研究，

一些其他影响电务设备安全的因素，如行车密度、人

为原因等暂未纳入指标体系，这些将在后续研究中不

断细化完善。另外，对于一些元素权重指数的科学性，

还需要扩大范围进行深入研究。因此要获得权威的电

务安全指数还任重道远，很多研究工作需要持续深入

开展，争取为探索高铁运行安全状态提供更多的基础

和参考。

n年安全指数中，线路1、2、3处于开通头2年，电务

安全指数相对较低，线路4虽然开通较久，已处于偶然

失效期，但由于线路运营里程很短，任何一个因子的

微小变化都会对试算的指数产生较大影响，因此该模

型对极短线路的适应性还有待进一步科学优化。

全部典型线路开通时间较长的n+6年，大部分典型

高铁线路的安全指数都有提高，因为本年度典型线路

上电务设备均已进入偶然失效期，相互之间安全指数

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参考文献

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数［J］.食品工程，2019（1）：6-9.

［10］赵波.浅析煤矿安全管理中的应用安全指数评价

系统［J］.企业技术开发（中旬刊），2019（3）：

［11］黄祥瑞.可靠性工程［M］.北京：清华大学出版社，

1990.

121-122.

8-13.

责任编辑卢敏

收稿日期2020-03-26

HANAnping

1

,KANJiayu

1

,JIANGXiyi

2

,WANGWeidong

1

,FUDeji

1

,LIUPeng

2

(cademyofRailwaySciencesCorporationLimited,Beijing100081,China;

,Communication&SignalingandPowerSupplyDispatchingDivision,

TrafficControlCenter,ChinaStateRailwayGroupCoLtd,Beijing100844,China)

Abstract:

Communication&

complexandcomprehensiveissueinvolvingmultipleobjectives,

result,itisnecessarytoestablishcomprehensiveevaluationindexestoevaluatetheoverallconditionsof

communication&signalingsafetyofChina'sHSRinanintuitive,easyandscientificmanner,providinga

persummarizesandcollatesthe

definitionandconnotationofcommunication&signalingsafetyindex,andproposestoestablishanindicator

systemforevaluationofcommunication&signalingsafetyindexes,includingthecoverage,specificindicators,

parameterdetermination,andcalculationmethod,ablishedindicatorsystemforcommunication&

signalingsafetyindexesandrelevantdataisusedforthetrialevaluationofcommunication&signalingsafetyof

typicallines.

Keywords:

HSR;communication&signalingsafetyindex;indicatorsystem;evaluation

-38-

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本文标签： 设备电务指数线路高铁