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《高速铁路安全运营的测度理论与监控方法》可作为高等院校交通工程、管理科学、系统工程与控制工程等相关专业的高年级学生和研究生教材，也可作为相关专业研究人员、工程技术人
员的参考书。
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| 內容簡介： |
《高速铁路安全运营的测度理论与监控方法》是对高速铁路安全运营的测度理论与监控方法的研究，《高速铁路安全运营的测度理论与监控方法》共分
4 章。 第1 章主要是在解析高速铁路发展态势的基础上，研究高速铁路发展历程、技术特性等。详细介绍世界各国高速铁路的发展现状，解析我国高速铁路的发展态势。 第2 章研究高速铁路安全运营的不确定性机理问题。 分析影响高速铁路安全运营的外部环境影响因子和内部影响环境因子，并对影响因子进行界定、量化和等级标定。 第3 章研究高速铁路安全运营的测度理论，搭建高速铁路安全运营的测度理论体系，构建高速铁路安全运营的评估模型。 第4 章研究高速铁路安全运营的监控方法，依据高速铁路安全运营的监控机理，利用不确定性数学方法，分别建立基于复合物元、模糊识别、粗糙集理论、神经网络等的测度模，为高速铁路安全运营发展提供
理论支撑?并设计高速铁路安全运营的监控平台，对高速铁路的运营进行动态监控，实现高速铁路安全运营的目的。
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| 目錄：
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第1章 世界高速铁路发展态势分析1
1.1 高速铁路概述2
1.1.1 高速铁路的定义3
1.1.2 高速铁路的特点4
1.1.3 世界高速铁路的发展现状8
1.2 欧洲高速铁路发展态势10
1.2.1 德国12
1.2.2 法国15
1.2.3 意大利19
1.2.4 西班牙20
1.2.5 英国23
1.2.6 俄罗斯24
1.3 亚洲高速铁路发展态势26
1.3.1 日本26
1.3.2 韩国34
1.3.3 印度35
1.3.4 土耳其37
1.4 美洲高速铁路发展态势38
1.4.1 美国38
1.4.2 巴西40
1.5 中国高速铁路发展态势42
1.5.1 发展历程45
1.5.2 现状分析46
1.5.3 技术特性55
1.5.4 发展态势56
1.5.5 中国台湾73
1.6 世界高速铁路发展态势 75
1.6.1 里程与客流75
1.6.2 线路与国家76
1.6.3 安全与技术78
1.6.4 世界高速铁路发展愿景80
1.7 小结86
第2章 高速铁路安全运营的不确定性机理研究87
2.1 高速铁路运营事故解析88
2.1.1 高速铁路事故界定88
2.1.2 高速铁路事故综述89
2.1.3 高速铁路事故致因机理93
2.2 我国高速铁路安全运营态势解析94
2.2.1 我国高速铁路运营现状解析96
2.2.2 我国高速铁路运营事故解析98
2.3 高速铁路内部环境的不确定性因子102
2.3.1 轨道影响103
2.3.2 人员影响105
2.3.3 列车影响108
2.4 高速铁路外部环境的不确定性因子112
2.4.1 暴雨影响113
2.4.2 横风影响120
2.4.3 雷电影响127
2.4.4 地震影响133
2.4.5 地质影响139
2.4.6 温度影响141
2.5 小结146
第3章 高速铁路安全运营的测度理论147
3.1 高速铁路安全运营的现状分析147
3.1.1 国外铁路安全现状分析147
3.1.2 国内铁路安全现状分析148
3.1.3 安全运营的测度技术149
3.2 高速铁路安全运营的测度指标体系150
3.2.1 高速铁路安全运营的评价指标体系 150
3.2.2 高速铁路安全运营的综合评价164
3.3 高速铁路安全运营的属性识别模型169
3.3.1 环境气候因子影响阈值标定169
3.3.2 基本原理171
3.3.3 环境因素影响分析172
3.3.4 我国高速铁路安全运营的环境影响分析176
3.4 高速铁路安全运营的评估模型178
3.4.1 安全态势的评估模型178
3.4.2 基于支持向量机的高速铁路安全运营预测模型187
3.4.3 基于粗糙集理论的高速铁路安全运营测度模型191
3.4.4 高速铁路安全运营的模糊测度模型202
3.5 基于复合物元的高速铁路安全运营测度模型208
3.5.1 高速铁路安全运营的测度指标体系209
3.5.2 高速铁路安全运营的复合物元模型210
3.5.3 应用分析213
3.6 小结217
第4章 高速铁路安全运营的管理平台设计219
4.1 国外高速铁路的安全运营模式219
4.1.1 日本的安全运营模式219
4.1.2 法国的安全运营模式220
4.1.3 德国的安全运营模式221
4.2 国内高速铁路的安全运营模式222
4.2.1 网运分离的运营模式223
4.2.2 网运合一的运营模式223
4.2.3 国外管理模式的经验解析224
4.3 高速铁路安全运营的管理平台设计224
4.3.1 安全运营的管理平台设计225
4.3.2 高速铁路环境安全管理的评估算法226
4.3.3 高速铁路环境安全运营管理平台的设计231
4.3.4 高速铁路环境安全运营管理平台的功能实现233
4.3.5 程序设计235
4.4 高速铁路环境安全监测系统关键技术实现 241
4.4.1 安全监测242
4.4.2 风险评估243
4.4.3 安全预警243
4.4.4 数据流程244
4.4.5 关键算法245
4.5 小结250
参考文献 251
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第1章 世界高速铁路发展态势分析
自1964年日本建成世界上第一条高速铁路 简称高铁 以来.高速铁路从无到有.迅速发展.到2024年全球将步入 “高铁时代”.高速铁路作为一种安全可靠、快捷舒适、运载量大、低碳环保的运输方式.已经成为世界交通业发展的重要趋势.引领人类走向新时代.据国际铁路联盟统计.截至2013年12月31日.世界除中国外的国家和地区高速铁路总运营里程为11605km.在建高速铁路规模为4883km.规划建设高速铁路12570km.见表1.1.
表1.1 2013年年底部分国家高速铁路运营里程
国家 中国 日本 法国 德国 西班牙 韩国
高速铁路运营里程 km 11028 2501 2043 .7 1294 2065 420
1964年10月.世界上第一条真正意义上的高速铁路东海道新干线 东京至大阪在日本正式通车.标志着世界高速铁路新纪元的到来.从那时起.高速铁路便成为20世纪末人类极具革命性的交通工具.随后.法国、意大利、德国纷纷开始了修建高速铁路的步伐.至20世纪90年代中期.法国、意大利、德国、西班牙、比利时、英国等欧洲大部分国家开始大规模地修建本国或者跨国高速铁路.逐步形成欧洲高速铁路网络.从20世纪90年代中期至今.在亚洲 韩国、中国、土耳其、科威特、美洲 美国、巴西、大洋洲 澳大利亚 掀起了建设高速铁路的热潮.截至2013年12月31日.世界高速铁路已建设的里程数为22633km.建有高速铁路的国家有中国、日本、法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国、美国、韩国、俄罗斯.正在规划建设中的国家有瑞士、奥地利、丹麦、加拿大、澳大利亚、印度、科威特、越南等国家.高速铁路已成为世界铁路发展的重要趋势.为世界的铁路运输业注入了新的活力.
由于高速铁路具有其他交通工具难以比拟的技术优势.首先是行车速度高.法国TGV列车曾创出515 .3km h的世界纪录.预计未来高速铁路运营可以达到700km h.接近飞机常规飞行速度.其次是车组运能大.高速列车间隔时间可达到5min.单向每小时可开12列列车.这是公路和航空无法相比的.再次是安全性高.高速铁路线路设施的质量和精度都很高.列车运行控制系统是利用成熟的电子技术和智能化软件集成的.能确保列车间的安全距离.世界各国的高速铁路极少发生人身伤亡事故.还可以全天候运行.不受雨、雪、雾、风的影响.此外还具有能耗低、节约用地、环境污染轻、舒适度高等特点.因此.高速铁路已经成为世界各国发展中的一个热点问题.本章针对高速铁路发展态势问题作详细研究和分析.
1.1 高速铁路概述
高速铁路形成有两个基本条件.满足这两个条件高速铁路才能出现和生存 :第一个条件是人口稠密、生活水准较高的城市.能够承受比较昂贵的票价和多点停靠.如法国巴黎和德国柏林为核心的欧洲大陆、日本密集的城市等.成为高速铁路出生地.第二个条件是较高的社会经济和科学基础.能够保证高速轮轨的施工、运行与维修需要.因此.世界最先进的高速铁路技术诞生在德国、法国、日本和中国这四个国家.目前.高速铁路的发展模式有 :
1
日本的新干线模式.该模式全部修建新线.旅客列车专用.1964年10月1日东海道新干线正式开通营业.运行速度达到210km h.日均运送旅客36万人次.年运输量达1.2亿人次.这条专门用于客运的电气化、标准轨距的双线铁路.代表了当时世界第一流的高速铁路技术水平.1975年至1985年间又依次开通了山阳新干线、东北新干线、上越新干线.1997年北陆新干线通车营业.形成了日本完善的国内高速铁路网骨架.
2
法国的TGVTrain .GrandeVitesse模式.该模式部分修建新线.部分改造旧线.旅客列车专用.1971年.法国政府批准修建TGV东南线 巴黎至里昂.1976年10月正式开工.1983年9月全线建成通车.1989年和1990年.法国又建成大西洋线.1993年.法国第三条高速铁路TGV北欧线开通运营.以巴黎为起点穿过英吉利海峡隧道通往伦敦.并与欧洲北部国家相连.是一条重要的国际通道.1999年.地中海线建成.法国TGV列车可以延伸到既有线上运行.所以通行范围覆盖大半个法国国土.
3
德国的ICEInterCityExpress模式.该模式全部修建新线.旅客列车及货物列车混用.德国高速铁路ICE于1985年首次试车.1991年曼海姆至斯图加特线建成通车.1992年汉诺威至维尔茨堡线建成通车.1992年德国购买了60列ICE列车.其中41列运行于第6号高速铁路.分别连接汉堡、法兰克福、斯图加特.目前.德国的泛欧高速铁路和第三期高速铁路陆续建成.实现了高速铁路国际直通运输.
4
中国的CRHChinaRailwaysHigh￣speed模式.该模式部分修建新线.部分改造旧线.旅客列车专用.近年来.中国在高速铁路领域发展迅速.取得了举世瞩目的成就.中国高速铁路是全世界高速铁路运营里程最长、在建规模最大的国
家.到2013年12月.中国铁路营业里程达到11万km以上.其中新建高速铁路达到1.1万km.中国高速铁路网初具规模.中国铁路坚持原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新相结合.系统掌握了时速250km和时速350km及以上速度等级的高速铁路成套技术.构建了具有自主知识产权和世界先进水平的高速铁路技术体系.
1.1 .1 高速铁路的定义
高速铁路由于具有高端性、快速性、便捷性、安全性、准点性等特点.广受各国民众和政府推崇.同时也是当前交通领域研究的重要内容.高速铁路从广义上定义为列车运行速度超过200km h的铁路线路.但由于高速铁路特征较多.所以全世界对高速铁路的定义目前尚未统一.根据世界上使用的高速铁路技术.高速铁路的定义主要可分为欧盟和联合国经济委员会以及国际铁路联合会三种标准.
1.国际铁路联盟标准
国际铁路联盟 法文:UnionInternationaledesCheminsdeFer.UIC.英文 :InternationalUnionofRailways是欧洲一些国家的铁路机构以及其他洲的铁路机构和有关组织参加的非政府性铁路联合组织.简称铁盟.其宗旨是推动国际铁路运输的发展.促进国际合作.改进铁路技术装备和运营方法.开展有关问题的科学研究.实现铁路建筑物、设备的技术标准的统一.所以根据国际铁路联盟UIC的定义.高速铁路是指通过改造原有线路 直线化、轨距标准化.使营运速度达到每小时200km以上.或者专门修建新的 “高速新线”.使营运速度达到每小时250km以上的铁路系统.广义的高速铁路包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统.高速铁路除了在列车在营运达到速度一定标准外.车辆、路轨、操作都需要配合提升.国际铁路联盟对高速铁路的定义 :
高速铁路 :新建高速铁路的设计速度达到250km h以上.经升级改造 直线化、轨距标准化 的高速铁路.其设计速度达到200km h.甚至达到220km h.
高速铁道机车车辆 :商业营运速度最少达到250km h的高速动车组列车.商业营运速度较低200km h.但服务质量较高的列车.如摆式列车.商业营运速度达到200km h的传统机辆模式 铁路机车牵引铁路车辆 铁路列车.
2.欧盟标准
欧盟在组建泛欧高速铁路线网Trans￣EuropeanHigh￣speedRailNetwork.TENR体系的过程中提出 “高速铁路 ”和“高速铁路机动车辆 ”的定义.并发布了“96 48 EC号指令”DIRECTIVE96 48 EC.给出 “高速铁路 ”和“高速铁道机
车车辆 ”两方面的标准.此标准现在普遍适用于欧盟成员国.欧盟对高速铁路的定义 :高速铁路 :新建的高速铁路线路容许速度达到250km h.经升级改造的高速铁路其容许速度达到200km h.
高速铁路机车车辆 :在新建高速铁路上.运行速度最少达到250km h.并在可能的条件情况下达到300km h.在既有路线或升级改造的高速铁路上.运行速度达到200km h.
3.联合国经济委员会标准
根据联合国欧洲经济委员会UnitedNationsEconomicCommissionforEurope.UNECE运输统计工作组织.和欧盟一样分别为 “高速铁路 ”和“高速铁道机车车辆”两方面设立了标准.联合国欧洲经济委员会对高速铁路的定义 :
高速铁路 :高速铁路专线在主要路段的容许速度达到250km h以上.经升级改造的铁路在主要路段的容许速度达到200km h.
高速铁道机车车辆 :在高速铁路专线上的设计运营速度最少达到250km h.在经升级改造的高速铁路上.设计运营速度达到200km h的高速摆式列车.最高运营速度达到200km h的传统高速铁道机车车辆.
1.1 .2 高速铁路的特点
1.高速铁路与普通铁路的区别
高速铁路相对于普通铁路的特点 :首先.线路弯道更少.尽可能的是直线.其通过速度比普通道岔高很多.其次.在轨道方面大量采用长距离无缝钢轨.而且道岔都采用高速可动心道岔.最后.钢轨直接铺设在钢筋混凝土路基上.还有高速铁路的信号系统也和普通铁路不同.
1
高速铁路都是无缝钢轨.而且时速300km以上的高速铁路采用的是无砟轨道.就是没有石子的整体式道床来保证平顺性.
2
高速铁路的弯道少.弯道半径大.道岔都是可动心高速道岔.
3
高速铁路大量采用高架桥梁和隧道.来保证平顺性和缩短距离.
4
高速铁路的接触网与普通铁路不同.来保证高速动车组的接触稳定和耐久性.
5
高速铁路的信号控制系统比普通铁路高级.因为发车密度大.车速快.安全性一定要高.
2.高速铁路的优点
高速铁路目前是路面运行速度最快、运营里程最长、承载能力最强的交通方式.高速铁路与传统的铁路运输方式相比.最大的优点是占有土地省、运行速度高、能源消耗少、运输能力大、产业结构优、社会效益好.
1高速铁路的输送能力大.
输送能力大是高速铁路主要技术优势之一.根据权威部门研究成果 :高速铁路运载量是航空的10倍、高速公路的5倍.但运输成本只是航空的1 5、高速公路的2 5.特别是高速铁路行车间隔最短时间可达到3min.发车密度可达每小时20趟.例如.高速铁路每小时双向最大的输送能力可达64000 ~72000人.4车道的高速公路约为9800人.两条跑道的机场约为12000人.
2高速铁路的速度快.
速度是高速铁路技术水平的最主要标志.各国都在不断提高列车的运行速度.法国、日本、德国、西班牙和意大利高速列车的最高运行时速分别达到了200km、300km、280km、270km和250km.目前中国高速铁路350km h的运营技术已经成熟.全世界所有的高速铁路线路修建都是按照350km h的提速功能设计.而我国按照380km h的功能设计.特别是高速铁路的试运营速度已经达到600km h.
3高速铁路的安全性好.
高速铁路由于在全封闭环境中自动化运行.又有一系列完善的安全保障系统.所以其安全程度是任何交通工具无法比拟的.高速铁路问世以来.日、德、法、中等国共运送了60亿人次旅客.但总共发生过5次交通事故.分别是:1993年12月法国TGV7150列车出轨事故.0人死亡和1人受伤.1998年6月德国ICE884列车出轨事故.101人死亡和88人受伤.2005年日本新干线特大列车出轨事故.107人死亡和549人受伤.2011年中国甬温线同向动车组列车追尾事故.40人死亡和172人受伤.2013年7月西班牙列车出轨事故.78人死亡和111人受伤.其他各国高速铁路都未发生过重大行车事故.也没有因事故而引起人员伤亡.由于事故率及人员伤亡率远远低于其他现代交通运输方式.因此.高速铁路被认为是最安全的.
根据铁道科学研究院在 “我国高速铁路的社会成本及其对社会的贡献 ”课题的研究中公布的数据.我国交通运输每亿人公里交通事故死伤人数中.公路为死亡10 .5
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