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基于改进SLIM的高速铁路列车调度员人因失误概率计算方法.pdf
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1、铁道运输与经济RAILW AY TRANSPORT AND ECONOMY第 45 卷 第 09 期基于改进SLIM的高速铁路列车调度员人因失误概率计算方法Calculation Method of Error Probability of High Speed Railway Train Dispatchers Based on Improved SLIM孙延浩1,2,宋宏智1,2,任禹谋1,2SUN Yanhao1,2,SONG Hongzhi1,2,REN Yumou1,2(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所,北京 100081;2.中国铁道科学研究院集团有限公司 国家铁
2、路智能运输系统工程技术研究中心,北京 100081)(1.Signal&Communication Research Institute,China Academy of Railway Sciences Corporation Limited,Beijing 100081,China;2.The Center of National Railway Intelligent Transportation System Engineering and Technology,China Academy of Railway Sciences Corporation Limited,Beijing
3、100081,China)摘要:为有效计算高速铁路列车调度员的人因失误概率,以成功似然指数法(SLIM)为基础,采用二元语义和组合赋权法对SLIM进行改进。该方法从个人因素、设备因素、环境因素和组织因素4个维度出发构建了行为形成因子(PSF)。考虑到PSF的模糊性和不确定性,利用二元语义对PSF的影响程度进行表征,并采用最优组合赋权法来计算PSF权重,在此基础上计算成功似然指数,进而得出人因失误概率的量化值。选取高速铁路列车调度中常见的3个任务进行实例分析,结果表明改进SLIM方法可以实现人因失误概率的量化计算,识别列车调度员人因失误概率较高的操作,可以为高速铁路列车调度系统的人因风险预测和防
4、范提供参考依据。关键词:列车调度员;人因失误概率;成功似然指数法;二元语义;行为形成因子Abstract:In order to effectively calculate the error probability of high speed railway train dispatchers,based on the success likelihood index method(SLIM),binary semantics and combined weighting method were used to improve SLIM.This method constructed the
5、 performance shaping factors(PSF)from four dimensions:personal factors,equipment factors,environmental factors,and organizational factors.By considering the ambiguity and uncertainty of PSF,the influence of binary semantics on PSF was used to characterize the PSF weight,and the optimal combination w
6、eighting method was used to calculate the PSF weight.On this basis,the SLI was calculated,and a quantified value of the error probability of high speed railway train dispatchers was thus obtained.Three common tasks in high speed railway train scheduling were selected for example analysis.The results
7、 show that the improved SLIM method can realize the quantitative calculation of the error probability of high speed railway train dispatchers and identify the operations with a high error probability of the train dispatchers.It can provide a reference for the human risk prediction and prevention of
8、the high speed railway train dispatching system.Keywords:Train Dispatcher;Error Probability;SLIM;Binary Semantics;PSF文章编号:1003-1421(2023)09-0125-07 中图分类号:U298.1 文献标识码:ADOI:10.16668/ki.issn.1003-1421.2023.09.18引用格式:孙延浩,宋宏智,任禹谋.基于改进SLIM的高速铁路列车调度员人因失误概率计算方法J.铁道运输与经济,2023,45(9):125-131.SUN Yanhao,SONG H
9、ongzhi,REN Yumou.Calculation Method of Error Probability of High Speed Railway Train Dispatchers Based on Improved SLIMJ.Railway Transport and Economy,2023,45(9):125-131.-125孙延浩 等 基于改进SLIM的高速铁路列车调度员人因失误概率计算方法0引言随着科技的不断进步,硬件设备的可靠性不断提高,人因失误越来越成为制约安全的瓶颈1。在轨道交通领域,人因失误也是导致事故的重大诱因,以欧洲铁路运输为例,从1990年到2013年,7
10、5%的事故是由人因失误引起的2。如何对人因失误进行预防和干预成为目前高速铁路运输领域亟待解决的重要问题。对高速铁路运输系统来说,高速铁路列车调度指挥系统是其神经中枢,是保证高速列车安全、正点运行的关键所在3。高速铁路列车调度员作为调度指挥系统的主要参与者和决策者,其人因可靠性的高低直接影响到高速铁路的行车安全。因此,对列车调度员展开人因失误分析研究,改进高速铁路安全管理,降低人因失误操作带来的风险,对于高速铁路运输行业具有十分重要的现实意义。人因失误分析最初应用于核工业领域,并伴随着人因可靠性分析(Human Reliability Analysis,HRA)技术的兴起而不断发展1。目前,HR
11、A方法已经发展了3代,产生了许多计算人因失误概率(Human Error Probability,HEP)的经典方法,比如人因失误概率预测(The Technique for Human Error-Rate Prediction,THERP)、认 知 可 靠 性 与 失 误 分 析 法(Cognitive Reliability and Error Analysis Method,CREAM)、成功似然指数法(Success Likelihood Index Method,SLIM)等。其中 SLIM 由于原理简单,计算灵活,被广泛应用于各领域4-6。与其他 HRA 方法类似,在数据缺乏的情
12、况下,SLIM在使用过程中也存在着主观性较强的缺陷5。因此不少专家对其进行了改进,Zhou等7利用网络层次分析法来获取SLIM中行为形成因子(Performance Shaping Factors,PSF)的权重;Erdem等8和Akyuz9分别采用三角模糊集和区间2型模糊集来表征专家对PSF的描述,并以此来降低HEP计算的主观性;席永涛等10运用端点绝对概率判断法对HEP的极大值和极小值进行赋值,再采用层次分析法来计算PSF权重,进而确定航海人员的HEP。康毅军等6、吴海涛等11、Tu等12和Abrishami等5均利用贝叶斯网络(Bayesian Network,BN)对SLIM进行了改进
13、,通过贝叶斯推理计算成功似然指数,在此基础上获取SLIM计算公式的系数值,最终实现HEP的量化计算。Zhou等7通过复杂网络(Complex Network,CN)来计算PSF的权重,并提出了CN-SLIM的混合方法来确定完成特定任务时的HEP值。Liu等13将q-rung orthopair 2-tuple作为评估语言,构建了一种改进的大群体SLIM模型用以计算船员的HEP值。上述研究对SLIM改进取得了一定的应用效果,但依然存在着不足,一方面BN虽然可以很好地降低SLIM的主观性和不确定性,但是基于BN的改进方法大都是离散的,并且通过BN推算的结果到底是可靠性值还是成功似然指数(Succe
14、ss Likelihood Index method,SLI)还有待商榷9。另一方面对于PSF权重的计算方法也较为单一,基本上是以获取主观权重为主。基于此,拟将组合赋权法引入到PSF权重的计算当中,并利用二元语义来对PSF进行表征,最后根据高速铁路列车调度员在各PSF下任务可靠度和PSF权重,实现了高速铁路列车调度员人因失误概率HEP的量化计算。1基本理论方法1.1SLIM20 世纪 80 年代由 Embrey 首次提出了 SLIM,它是一种由专家集体进行评判的方法,该方法认为人员完成任务的可靠性是靠PSF 共同作用来实现的,PSF是指能对人的可靠性起影响作用的因素。因此人员在完成任务过程中的
15、人因失误概率主要取决于PSF对人的影响程度4,通常用SLI表示。SLI指的是完成任务的成功似然指数,其计算公式为SLIi=iwjrij式中:SLIi为任务i的SLI;wj为第j个PSF的权重;rij为在第j个PSF的影响下,完成任务i的可靠度。人因失误概率HEPj的计算公式为lgHEPj=aSLIj+b式中:a,b为待定系数,由已知任务的人因失误概率的极大值和极小值进行获取。1.2二元语义对于PSF的可靠度描述,由于主要靠专家进行评估,具有较强的主观性和模糊性,相较于一般的模糊数或者模糊集,二元语义在集结过程中,信息丢失较少,且准确性和可靠性都比较高14,故将二-126孙延浩 等 基于改进SL
16、IM的高速铁路列车调度员人因失误概率计算方法元语义作为PSF的表征语言。设S=s1,s2,sg是一个语言术语集,0,g为符号集成运算值,则可通过函数和逆函数D-1实现的二元语义转换,其表达式分别为D()=(si,)=si i=round()=-i -0.5,0.5)D-1(si,)=i+=式中:round()为四舍五入取整符号;为是符号转移值,表示结果与si的偏差。假定S=(s1,1),(s2,2),(sn,n)为一组二元语义,W=(w1,w2,wn)T为该二元语义对应的权重,且wi(0,1),i=1nwi=1,则二元语义算术加权平均算子(S)为(S)=D(i=1nwiD-1(si,i)对于二
17、元语义(si,i)来说,可以利用核函数K将其转换成精确数值16,表达式为K(si,i)=D-1(si,i)g2改进SLIM方法步骤2.1问题描述假定由 l 位不同经验和知识度的专家Dk(k=1,2,l)对高速铁路列车调度员在m个不同任务Ti(i=1,2,m)下的 n 个PSFj(j=1,2,n)的影响度和自身重要度采用二元语义进行表征,其中PSFj的权重满足wj0,j=1nwj=1。设Xk=xkijmn为可靠度表征矩阵,xkij表示第k位专家对第i个任务下第j个PSF的可靠度的二元语义表征值。Y=ykj为重要度表征矩阵,其中ykj表示第k位专家对第j个PSF的重要度的二元语义表征值。2.2PS
18、F的筛选为了提高高速铁路的运行效率,降低事故,我国高速铁路采用分散自律调度集中控制系统(Centralized Traffic Control,CTC),CTC 系统在通信、信号、远程控制和计算机网络等多学科基础上,实现了高速列车调度指挥的自动化,但系统的主体功能依然需要列车调度员通过调度终端来进行手动操作。从系统论的角度出发,设备、环境和管理因素都会对调度员的操作产生相应的影响,Kyriakidis等15通过分析192起铁路人因事故,将铁路人因失误PSF分为人员、设备、环境和管理4个方面,并给出了248项铁路人因失误PSF。在借鉴既有PSF研究的基础上,结合列车调度员的工作内容和特点,从“人
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