基于拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的廣義城軌信號系統(tǒng)關(guān)鍵組分識別方法

王璐，郝婼妍，張余豪，李承叡，王艷輝，5，6，7

（1.北京市地鐵運營有限公司，北京 100044；2.北京交通大學(xué) 先進軌道交通自主運行全國重點實驗室，北京 100044；3.北京交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，北京 100044；4.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068；5.北京交通大學(xué) 北京市城市交通信息智能感知與服務(wù)工程技術(shù)研究中心，北京 100044；6.北京交通大學(xué) 城市軌道交通運營安全管理技術(shù)及裝備交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，北京 100044；7.運營主動安全保障與風(fēng)險防控鐵路行業(yè)重點實驗室，北京 100044）

1 概述

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅猛。截至2022 年底，中國（含港澳臺）累計有61 座城市開通運營軌道交通，總運營里程達10 857.17 km，其中中國內(nèi)地運營里程10 291.96 km［1］。信號系統(tǒng)作為城市軌道交通系統(tǒng)的“大腦”，是保障列車高效、安全、綠色運營至關(guān)重要的子系統(tǒng)，肩負(fù)著列車行駛關(guān)鍵組分之間的信息傳輸和實時通訊的使命，同時保障行車設(shè)備的穩(wěn)定運行［2］。

然而，超強的系統(tǒng)負(fù)荷運營也給行業(yè)帶來了諸多痛點，其中安全是城市軌道交通高效、穩(wěn)定運營的前提保障和立足之本。通過調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，城市軌道交通行業(yè)的屏蔽門夾人、脫軌、扣停、列車5 min 以上晚點等事故有51%以上是由于信號系統(tǒng)失效或信號設(shè)備故障導(dǎo)致，所以如何保障城市軌道交通信號系統(tǒng)安全運營成為行業(yè)的重中之重［3］。

城軌信號系統(tǒng)作為當(dāng)期先進技術(shù)集大成者，具有結(jié)構(gòu)性、功能特殊性以及運行環(huán)境的復(fù)雜性等特征，使信號系統(tǒng)的子系統(tǒng)間呈現(xiàn)耦合關(guān)系［4］，1個事故或者故障的發(fā)生往往不是單一的組分出現(xiàn)問題，而是多個組分間相互影響、互相作用的結(jié)果。狹義的信號系統(tǒng)是1個非常嚴(yán)密的設(shè)備系統(tǒng)，但現(xiàn)實中信號系統(tǒng)的運營安全受運營人員、設(shè)備、環(huán)境因素的綜合影響，所以本文是對基于“人、機、環(huán)”三要素結(jié)合的廣義信號系統(tǒng)進行研究。信號系統(tǒng)組分繁雜且組分間的風(fēng)險傳播能加大風(fēng)險對城軌信號系統(tǒng)運營安全的負(fù)面影響，但若對各個組分進行檢測會大幅降低運營效率，所以有效識別信號系統(tǒng)關(guān)鍵組分是保障其安全、穩(wěn)定運行，降低城軌系統(tǒng)故障，乃至杜絕事故發(fā)生的重要途徑之一［5］。因此，針對城市軌道交通信號系統(tǒng)的關(guān)鍵組分識別已成為行業(yè)研究熱點問題之一。

2 城市軌道交通信號系統(tǒng)運營安全特征

傳統(tǒng)的城市軌道交通信號系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施一般由車輛段信號控制系統(tǒng)和列車自動控制（Automatic Train Control，ATC）系統(tǒng)［6］兩部分組成。現(xiàn)如今，我國主流城軌信號系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的ATC 系統(tǒng)自主研發(fā)的基于通信的列車自動控制（Communication Based Train Control System，CBTC） 系統(tǒng)［7］，CBTC系統(tǒng)是具有發(fā)展?jié)摿Φ牧熊囘\行控制系統(tǒng)。2004年，武漢輕軌1 號線首次使用CBTC 系統(tǒng)后，全國很多城市軌道交通都選擇了應(yīng)用CBTC 系統(tǒng)技術(shù)［8］。目前，該技術(shù)已經(jīng)占據(jù)了我國90% 以上的運營線路。

CBTC 日常運營主要通過列車自動運行、防護系統(tǒng)中的車載控制器、區(qū)域控制器進行運行控制工作。由此可見，城軌信號系統(tǒng)的運營安全主要依靠各子系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定、安全運行。信號系統(tǒng)的設(shè)備按照所處地可分為控制中心設(shè)備、地面設(shè)備及車載設(shè)備，其安全運營過程中各子系統(tǒng)設(shè)備之間的關(guān)系見圖1。

圖1 CBTC子系統(tǒng)設(shè)備間關(guān)系

與此同時，信號系統(tǒng)工作人員的日常巡檢與維修工作也至關(guān)重要。隨著信號技術(shù)的發(fā)展，信號系統(tǒng)逐步向“通信技術(shù)、計算機技術(shù)、電子信息技術(shù)+老信號系統(tǒng)設(shè)備”相互集中的綜合專業(yè)發(fā)展［9］。城軌信號系統(tǒng)的維護工作從僅需掌握其基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施情況，轉(zhuǎn)變到還需實時監(jiān)控信號系統(tǒng)的有線/無線傳輸、軟件及數(shù)據(jù)庫等動態(tài)信息。目前地鐵信號系統(tǒng)維護主要分為定期的巡檢和臨時事故的應(yīng)急維護，各地鐵公司也在繼續(xù)優(yōu)化信號系統(tǒng)的運營維護策略，進而保證信號系統(tǒng)高效安全的日常運營。

此外，據(jù)國內(nèi)外城市軌道交通運營安全事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地鐵受降雨、降雪和大風(fēng)等極端天氣，乘客跳站臺、節(jié)假日大客流等社會突發(fā)狀況，以及大面積停電、噪聲等生產(chǎn)環(huán)境惡劣影響導(dǎo)致的延誤事件較多。由此可見，城軌信號系統(tǒng)的安全運營與其所處的運行環(huán)境息息相關(guān)，主要包括自然環(huán)境、社會環(huán)境以及生產(chǎn)環(huán)境3個方面。

綜上，廣義城軌信號系統(tǒng)的運營安全主要依靠各子系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運行、環(huán)境的正常有序以及工作人員對設(shè)備與環(huán)境的日常巡檢與監(jiān)測。通過對城市軌道交通信號系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施構(gòu)成和安全運營過程中的設(shè)備、人員與環(huán)境間關(guān)系進行分析，總結(jié)出城市軌道交通信號系統(tǒng)在運營安全方面具有以下關(guān)鍵特性：

（1）設(shè)備的復(fù)雜性。城軌信號系統(tǒng)作為規(guī)模龐大、擁有眾多子系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)，各子系統(tǒng)所涉及的組分結(jié)構(gòu)眾多、設(shè)備部件繁雜，并且不同的運營線路可能有不同型號、種類的設(shè)備，對于故障的零件進行維修或者更換相對困難，對高效安全運營具有一定影響。

（2）結(jié)構(gòu)的耦合性。城軌信號系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上存在耦合性，各子系統(tǒng)之間相互作用、相互影響，一個子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一旦遭到破壞或狀態(tài)發(fā)生改變，那么其他與之相關(guān)的子系統(tǒng)狀態(tài)也會受其影響發(fā)生變化。

（3）系統(tǒng)的關(guān)鍵性。城軌信號系統(tǒng)被稱為城軌系統(tǒng)的“大腦”，因其結(jié)構(gòu)上本身具有耦合性，故信號系統(tǒng)的任意一個結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，就可能導(dǎo)致城市軌道交通無法安全運營，甚至可能演變成事故，輕則造成停運、人員擁堵等，重則可能造成人員傷亡等。

（4）管理的困難性。城軌信號系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備多樣，導(dǎo)致運營維修檢修人員眾多，而員工業(yè)務(wù)水平參差不齊致使管理變得極為困難，任何管理環(huán)節(jié)失誤都可能使整個運營系統(tǒng)失效。

3 城軌信號系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

3.1 運營安全影響要素

目前，城軌信號系統(tǒng)故障引發(fā)的事故時有發(fā)生，給人身安全和設(shè)備財產(chǎn)安全帶來了極大危害。經(jīng)調(diào)查分析得知，信號系統(tǒng)故障的原因往往包括三方面：一是人的不安全因素，主要包含人員的粗心大意、能力不足或者不安全動作；二是設(shè)備的不安全狀態(tài)因素，主要包含設(shè)備在非正常狀態(tài)下運行、設(shè)備本身有缺陷、防護裝備缺乏等；三是環(huán)境不適應(yīng)性因素，主要包含環(huán)境對系統(tǒng)的負(fù)面影響等。

因此，為探究城軌信號系統(tǒng)故障的成因，對1 000 起典型的城軌信號系統(tǒng)運營事故進行分析，得到面向人員、設(shè)備、環(huán)境三方面的城市軌道交通信號系統(tǒng)運營安全影響要素集。

3.1.1 面向人員的運營安全影響要素

經(jīng)事故數(shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人員的運營安全影響要素可以從運營作業(yè)人員、維修檢修人員以及乘客等的異常行為等角度進行總結(jié)，其影響要素集見表1。

表1 城軌信號系統(tǒng)人員運營安全影響要素集（部分）

3.1.2 面向設(shè)備的運營安全影響要素

經(jīng)事故數(shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無論是人員還是環(huán)境因素，往往會轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備因素，所以面向設(shè)備設(shè)施的運營安全影響要素是整個城軌信號系統(tǒng)安全領(lǐng)域里最重要的一環(huán)。因此，對CTBC各子系統(tǒng)設(shè)備進行運營安全影響要素分析（見表2）。

表2 城軌信號系統(tǒng)設(shè)備運營安全影響要素集（部分）

3.1.3 面向環(huán)境的運營安全影響要素

經(jīng)事故數(shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，環(huán)境也是影響信號系統(tǒng)安全運營的一個關(guān)鍵要素。根據(jù)研究分為社會環(huán)境、自然環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境，城軌信號系統(tǒng)環(huán)境運營安全影響要素集見表3。

表3 城軌信號系統(tǒng)環(huán)境運營安全影響要素集（部分）

3.2 物理組分間關(guān)系

城市軌道交通信號系統(tǒng)是1個規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)繁雜的系統(tǒng)，是由各物理組分構(gòu)成的系統(tǒng)化整體，而非各部分的機械化整合。正是由于這些信號系統(tǒng)物理組分間保持著各種緊密的連結(jié)關(guān)系，才使得列車得以安全平穩(wěn)運行，具體連結(jié)關(guān)系主要包含以下3種方式：

（1）物理設(shè)備連結(jié)關(guān)系。2種組分由空間意義上的形式相互關(guān)聯(lián)，如焊接、鉚接、栓接等，指的是設(shè)備之間的直接或間接接觸。

（2）能量信息連結(jié)關(guān)系。在工作過程中，組分之間的動能、電能等各種能量會進行高效穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化、傳遞，能量信息彼此關(guān)聯(lián)，相互利用。

（3）數(shù)據(jù)信息連結(jié)關(guān)系。物理組分之間通過通信網(wǎng)絡(luò)進行信息數(shù)據(jù)的傳輸以及交換。

3.3 節(jié)點重要度

節(jié)點重要度為結(jié)構(gòu)性指標(biāo)。如果將信號系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型中的每個點看作1個特征向量的話，那么節(jié)點重要度就是指這個特征向量的中心性。該重要度指標(biāo)表示了1個節(jié)點相對于相鄰節(jié)點的重要度值高低，如果當(dāng)前節(jié)點本身就連接到其他很重要的節(jié)點，那么針對該節(jié)點也同樣賦予較高的節(jié)點重要度。

信號系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型中的第i個節(jié)點的節(jié)點重要度可以通過加權(quán)的鄰接矩陣進行計算。在加權(quán)鄰接矩陣的情況下，以高中心性節(jié)點間連接強度的形式進行維數(shù)劃分，最終得到每個節(jié)點的重要度計算結(jié)果，即為輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)，節(jié)點重要度計算如下：

式中：Ei(m，n)為經(jīng)由節(jié)點m和節(jié)點n之間通過節(jié)點i的最短路徑數(shù)目；E(m，n)為節(jié)點m和節(jié)點n之間的最短路徑數(shù)目；aij為節(jié)點i與節(jié)點j的連接狀態(tài)（當(dāng)2個節(jié)點之間有連接時，aij的值為1；當(dāng)2 個節(jié)點之間沒有連接時，aij的值為0）；n為與節(jié)點i連接的節(jié)點個數(shù)。

3.4 拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型

在城軌信號系統(tǒng)物理組分間關(guān)系的基礎(chǔ)上，從人員、設(shè)備、環(huán)境3個方面考慮，對應(yīng)將安全影響要素分為人因類、設(shè)備類、環(huán)境類三大組分節(jié)點。城軌信號系統(tǒng)組分節(jié)點分為內(nèi)部和外部2類，內(nèi)部包括設(shè)備類組分節(jié)點，指的是城軌信號系統(tǒng)運營過程中所有設(shè)備設(shè)施；外部包括環(huán)境類組分節(jié)點和人因類組分節(jié)點，主要包括會對城軌信號系統(tǒng)運營產(chǎn)生影響的所有環(huán)境以及所有參與運營工作的職員。

在對組分節(jié)點進行劃分前，需要根據(jù)城市軌道交通信號系統(tǒng)的構(gòu)成，結(jié)合式（1）節(jié)點重要度以及城軌信號設(shè)備復(fù)雜性、結(jié)構(gòu)耦合性、管理困難性等運營安全特性，分別從“人員、設(shè)備、環(huán)境”三方面分析城軌信號系統(tǒng)的運營核心組分（見圖2）。圖中第1 層為城軌信號系統(tǒng)組分層，中間為分析層，通過中間層的分析得到第2層城軌信號系統(tǒng)核心組分層。最后分析得出，“人員”的核心組分之一是一線工作的巡檢人員；“設(shè)備”的部分核心組分是計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)、繼電器、計軸等；“環(huán)境”的部核心組分是生產(chǎn)環(huán)境、自然環(huán)境、社會環(huán)境等。然后按照子系統(tǒng)劃分出城市軌道交通信號系統(tǒng)設(shè)備、相關(guān)人員以及環(huán)境節(jié)點并構(gòu)建城軌信號系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型。

圖2 城軌信號系統(tǒng)核心組分分析流程

為便于描述，將網(wǎng)絡(luò)中組分節(jié)點進行編號，其中人員類的組分節(jié)點用Hi（i=1，2，3，…，n）表示，設(shè)備類組分節(jié)點用Pj（j=1，2，3，…，n）表示，環(huán)境類組分節(jié)點用Ek（k=1，2，3，…，n）表示，針對信號系統(tǒng)的核心組分節(jié)點會進一步拆分，部分組分節(jié)點見表4—表6，其中的核心組分節(jié)點已完成拆分。

表4 人員類組分節(jié)點（部分）

表5 設(shè)備類組分節(jié)點（部分）

表6 環(huán)境類組分節(jié)點（部分）

最終經(jīng)統(tǒng)計，人員類組分節(jié)點23 個，設(shè)備類組分節(jié)點304 個，環(huán)境類組分節(jié)點36 個，共計363 個節(jié)點。將以上組分節(jié)點通過Gephi構(gòu)建城軌信號系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型（見圖3），其中核心組分節(jié)點的顏色作加深處理。

圖3 城軌信號系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型

3.5 基于改進有限狀態(tài)機的城軌信號系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)化

從3.4節(jié)構(gòu)建的城軌信號系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型中可以發(fā)現(xiàn)大量冗余信息，這些冗余信息在風(fēng)險領(lǐng)域里也可稱之為無效文本序列。例如：在設(shè)備類中ATS 系統(tǒng)下的打印及繪圖設(shè)備并不存在任何風(fēng)險可能性，除此之外，信號系統(tǒng)相同種類的設(shè)備間存在不同型號，每個型號下存在大量同樣的最小維修單元。上述冗余信息在構(gòu)建拓?fù)淠Ｐ蜁r是無法消除的，因此提出基于藍(lán)邊算法的改進有限狀態(tài)機對拓?fù)淠Ｐ瓦M行優(yōu)化。有限狀態(tài)機是描述有限個文本狀態(tài)及其在這些狀態(tài)之間存在轉(zhuǎn)移或動作等有機聯(lián)系的數(shù)學(xué)模型。城軌信號系統(tǒng)拓?fù)淠Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)特性可以展現(xiàn)運營作業(yè)中各類信息的傳遞行為，同時其組分節(jié)點也可以看作系統(tǒng)中可能運行的有限個不同的狀態(tài)集合。因此，可以采用有限狀態(tài)機對城軌信號系統(tǒng)拓?fù)淠Ｐ椭械慕M分節(jié)點進行建模。

但由于信號系統(tǒng)中存在大量相同最小維修單元，導(dǎo)致信號系統(tǒng)的有限狀態(tài)機中存在過多冗余狀態(tài)，因此引入基于RPNI 算法改進的藍(lán)邊（Blue-Fringe）算法對信號系統(tǒng)組分節(jié)點狀態(tài)進行合并，其基本框架為基于RPNI 算法中的PTA 樹改進的紅-藍(lán)-白框架。具有如下特性：

（1）框架中每個狀態(tài)都可以看成1 個彩色的節(jié)點，分為紅、藍(lán)、白；紅、藍(lán)節(jié)點以及未標(biāo)識的白色節(jié)點組成了算法框架中的全部節(jié)點；

（2）PTA 樹中的初始狀態(tài)默認(rèn)為紅色，為樹中的起始節(jié)點；

（3）紅色節(jié)點的過度直接繼承者為藍(lán)色節(jié)點，也可稱為紅色節(jié)點的子節(jié)點；

（4）除上述之外，其他所有狀態(tài)節(jié)點均為白色；

（5）紅色節(jié)點不能具有未標(biāo)識標(biāo)志的白色節(jié)點。

經(jīng)過改進有限狀態(tài)機的優(yōu)化后，城軌信號系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型中的組分節(jié)點中人因類優(yōu)化至20 個，共減少3 個（如特殊乘客、普通乘客等）；設(shè)備類優(yōu)化至256 個，共減少48 個（如打印和繪圖設(shè)備、不同類型的轉(zhuǎn)轍機、計軸等），環(huán)境類優(yōu)化至27 個，共減少9 個（如出門偏好、活動等），優(yōu)化后的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是由以上符合安全風(fēng)險性質(zhì)的組分節(jié)點構(gòu)建而成，即城軌信號系統(tǒng)安全特征拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型（見圖4）。

圖4 城軌信號系統(tǒng)安全特征拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型

4 城軌信號系統(tǒng)關(guān)鍵組分識別

4.1 基于隱馬爾可夫模型的風(fēng)險文本抽取算法

隱馬爾可夫模型（Hidden Markov Model，HMM）是屬于馬爾可夫鏈分支的統(tǒng)計分析模型，該模型主要說明了由隱藏的馬爾可夫鏈在無規(guī)則狀態(tài)下生成觀測序列的過程。1 個隱馬爾可夫模型包含2 層，分別為隱藏層和可觀察層。可觀察層對應(yīng)可觀測序列，隱藏層為馬爾可夫過程，也可以看作1個有限狀態(tài)機。完整的隱馬爾可夫模型可由1個五元組模型表示，數(shù)學(xué)模型為HMM ={D，V，A，B，π}。

模型中D是所有隱含狀態(tài)的集合，V是所有觀測詞匯的集合，A是狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，B是觀測概率矩陣，π是初始概率矩陣。其具體公式如下：

式中：R為狀態(tài)總數(shù)；E為輸出觀測詞匯總數(shù)；aij為處于狀態(tài)di時，下一時刻轉(zhuǎn)移到狀態(tài)dj的概率；lt為狀態(tài)序列l(wèi)中時刻t的狀態(tài)；bj(k)為處于狀態(tài)di時，生成觀測序列元素vk的概率；vk為觀測序列O中時刻t的狀態(tài)；πi為初始時矩陣狀態(tài)處于di的概率。

HMM 模型有3 個基本問題：概率計算問題、學(xué)習(xí)問題、解碼問題，其中解碼問題的核心思想是運用狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣、觀測概率矩陣、初始概率矩陣和觀測序列，尋找某一路徑最優(yōu)狀態(tài)序列l(wèi)=[l1，l2，…，lT]，以此識別城軌信號系統(tǒng)的關(guān)鍵組分。

城軌信號系統(tǒng)關(guān)鍵組分識別，實質(zhì)是HMM 模型中的解碼問題。利用Viterbi 算法解決HMM 模型中的解碼問題，得到基于隱馬爾可夫模型的信號系統(tǒng)數(shù)據(jù)集所抽取的風(fēng)險文本，所以城軌信號系統(tǒng)關(guān)鍵組分識別也可稱為城軌信號系統(tǒng)的風(fēng)險文本抽取。

Viterbi 算法的核心是從t= 1 時用遞推方法去計算從初始時刻一直到T時刻狀態(tài)為l的各部分路徑的最大概率。在T時刻得到最優(yōu)路徑的狀態(tài)lT停止，之后從終點lT開始，往前計算遞推得到各個狀態(tài)序列中的狀態(tài)lT-1，…，l1，最后l=[l1，l2，…，lT]即為最優(yōu)路徑。

綜上所述，基于隱馬爾可夫模型的信號系統(tǒng)風(fēng)險文本抽取流程如下：

步驟1：導(dǎo)入原始城軌信號系統(tǒng)事故數(shù)據(jù)文本集；

步驟2：導(dǎo)入經(jīng)過狀態(tài)機算法優(yōu)化后的城軌信號系統(tǒng)安全特征拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型；

步驟3：對原始數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，根據(jù)步驟1與步驟2構(gòu)建隱馬爾可夫基本模型，得到行為維度的城軌事故文本，即觀測序列集O；

步驟4：取1 條觀測序列集O中的觀測序列Oi，采用基于動態(tài)規(guī)劃思想的維特比算法求解概率最優(yōu)路徑ti，獲取概率最大的狀態(tài)轉(zhuǎn)換路徑序列l(wèi)i；

步驟5：重復(fù)執(zhí)行步驟4，直到取出所有記錄進行分析得到狀態(tài)路徑序列集l；

步驟6：根據(jù)狀態(tài)路徑序列集轉(zhuǎn)化為可讀性文本，即文本抽取結(jié)果集。

4.2 實驗結(jié)果分析

根據(jù)上述流程，運用信號系統(tǒng)風(fēng)險文本抽取算法對城市軌道交通信號系統(tǒng)安全特征拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型進行提取，提取得到的風(fēng)險文本即為信號系統(tǒng)關(guān)鍵組分識別的結(jié)果（見圖5），實驗最終提取出了111 個風(fēng)險文本，即111個信號系統(tǒng)的關(guān)鍵組分。

圖5 城軌信號系統(tǒng)關(guān)鍵組分識別結(jié)果

將辨識出的關(guān)鍵組分與我國交通運輸部2019 年7 號文［10］中的風(fēng)險文件清單進行比較，分析其覆蓋情況。國家層次的風(fēng)險文件清單面向各省、自治區(qū)以及直轄市交通運輸廳，官方規(guī)范了城市軌道交通系統(tǒng)運營安全風(fēng)險等級管控和隱患排查治理管理辦法，并明確了城市軌道交通運營安全主要風(fēng)險點（見表7）。經(jīng)過對比分析，設(shè)備類只有列車輪徑和車底吊裝部件沒有覆蓋，原因可能為兩者更多與車輛系統(tǒng)有關(guān)，該研究沒有考慮到車輛系統(tǒng)和信號系統(tǒng)之間的聯(lián)系；環(huán)境類沒有覆蓋到地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)風(fēng)險點，原因是數(shù)據(jù)中缺少地震、泥石流、山體滑坡等相關(guān)記錄。

表7 信號系統(tǒng)國家級風(fēng)險文件中設(shè)備相關(guān)風(fēng)險點清單

5 結(jié)束語

在對城市軌道交通信號系統(tǒng)實地調(diào)研、典型事故分析的基礎(chǔ)上，針對城市軌道交通信號系統(tǒng)工作原理、運營安全特性進行深入分析，結(jié)合系統(tǒng)的物理組分關(guān)系和安全影響要素構(gòu)建信號系統(tǒng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型。利用改進有限狀態(tài)機進行優(yōu)化得到能夠反映城軌信號系統(tǒng)內(nèi)部作用關(guān)系特征的城軌信號系統(tǒng)安全特征拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型。然后利用基于隱馬爾可夫模型的風(fēng)險文本提取算法對其進行關(guān)鍵組分識別，得到了111個廣義城軌信號系統(tǒng)的關(guān)鍵組分點，為后續(xù)進一步實現(xiàn)信號系統(tǒng)實時動態(tài)安全風(fēng)險評估、故障點精確定位、運營管理策略推送等功能打下基礎(chǔ)，有助于提高廣義城軌信號系統(tǒng)的可維護性與運營安全性，進而提升城市軌道交通系統(tǒng)的運營安全。