Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ НА ДОРОГАХ РОССИИ 4 страница




Читайте также:
  1. A XVIII 1 страница
  2. A XVIII 2 страница
  3. A XVIII 3 страница
  4. A XVIII 4 страница
  5. ANDREW ELIOT’S DIARY 1 страница
  6. ANDREW ELIOT’S DIARY 2 страница
  7. ANDREW ELIOT’S DIARY 3 страница
  8. ANDREW ELIOT’S DIARY 4 страница
  9. ANDREW ELIOT’S DIARY 5 страница
  10. Bed house 1 страница

 

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ОБУСТРОЙСТВА ПЕРЕЕЗДОВ

5.1 Экспертная оценка методов обустройства переездов

Проблема железнодорожных переездов является актуальной не только для России, но и для всех промышленно развитых стран. Наиболее острой проблемой продолжают оставаться дорожно-транспортные происшествия на переездах, в том числе с особо тяжкими последствиями.

В настоящее время на эксплуатируемых пересечениях железных и автомобильных дорог внедряются новые конструкционные материалы, разрабатываются и реализуются перспективные технические решения, направленные на обеспечение безопасного и бесперебойного движения автотранспортных средств и подвижного состава железных дорог, водятся в эксплуатацию охраняемые переезды, посты ГИБДД, предикторы, устройства заградительное переездов (УЗП), шлагбаум-ворота, светодиоды, заградительные барьеры, камеры видеонаблюдения и др.

Целью настоящего выпускной квалификационной работы являлась оценка оптимальности безопасного обустройства железнодорожных переездов, учитывающая такие характеристики, как стоимость оборудования, безопасность (вероятность безотказной работы), эксплуатационные расходы, долговечность, продолжительность монтажа.

В виду ограниченных возможностей применения точных математических методов из-за отсутствия достаточно точной статистической информации о характеристиках способов обустройства для оценки оптимальности применялся метод экспертных оценок [18]. В экспертную группу вошли сотрудники Ижевского отделения ГЖД и независимые эксперты.

При оценке объектов исследования эксперты зачастую расходятся во мнениях по решаемой проблеме. В связи с этим возникает необходимость количественной оценки степени согласия экспертов.

Исходя из данного положения на первом этапе проводилась взаимная оценка компетентности экспертной группы по бальной шкале: «2» - компетентен, «1» - компетентен в части вопросов, «0» - не компетентен. В результате, группа из 12 претендентов была сокращена до 8 человек.

Далее, проводилась оценка согласованности суждения экспертов в виде ранжировок, который заключается в том, что каждый эксперт располагает характеристики исследуемого в порядке предпочтения. Цифрой 1 обозначается наиболее важная характеристика, цифрой 2 - следующая по важности и т. д. Полученные результаты сводятся в таблицу, общий вид которой представлен в таблице 5.1.



Таблица 5.1- Сводная таблица рангов

  Эксперты
Стоим-ть оборудования
Вер. безотк-ой работы
Эксплуат-ые расходы
Долговечность
Продол-ость монтажа

 

При ранжировании объектов использовали меру согласованности мнений группы экспертов - дисперсионный коэффициент конкордации. Для этого, составили суммы рангов по каждой строке:

(1)

 
 


где rij – ранг i-ой характеристики, выставленный j-ым экспертом.

Введем обозначение

, (2)

где . (3)

 

Тогда коэффициент конкордации рассчитывается по формуле

. (4)

)

Данная формула определяет коэффициент конкордации для случая отсутствия связных рангов. При W=0 согласованность оценок различных экспертов отсутствует, а при W=1 согласованность мнений экспертов полная. Необходимо, чтобы найденное значение W было больше 0,5, т.е. при W>0,5 выводы экспертов согласованы в большей мере (сходятся в оценке событий), чем несогласованы. При W<0,5 оценки нельзя считать в достаточной степени согласованными.



При наличии связных рангов коэффициент конкордации вычисляется по формуле

 

, (5)

 

)

где, (6)

 

В формуле (6) Ts - показатель связных рангов в s-й ранжировке, Hs - число групп равных рангов в s-й ранжировке, hk - число равных рангов в k-й группе связных рангов при ранжировке s-м экспертом. Если совпадающих рангов нет, то Hs=0, hk=0 и, следовательно, Ts=0. В этом случае формула (6) совпадает с формулой (4).

Коэффициент конкордации представляет собой случайную величину. Оценка значимости W может быть произведена по критерию Пирсона χ2. Величина d(m-1)W имеет χ2 - распределение с m-1 степенями свободы.

При наличии связных рангов χ2 - распределение с m-1 cтепенями свободы имеет величину

. (7)

 

Вычисляя коэффициент конкордации по данным из таблицы 1, получим среднее значение по формуле (3) равно 24. Величина S, в соответствии с выражением (2), равна 276,5. Поскольку в ранжировке имеются связные ранги, то вычисление коэффициента конкордации выполняется по формуле (5). Предварительно вычислив Ts, используя формулу (6), получили его значение 144. Подставляя значения Тs, S и m=5, d=8 в формулу (5) и произведя вычисления, получаем W = 0,508.

Оценим значимость коэффициента конкордации. В данном случае число степеней свободы равно 5. Табличное значение для 5% -го уровня значимости равно 9,49 [1]. Вычисляя значение χ2 по формуле (7), получаем χ2 = 16,26.

Поскольку 9,49<16,26, то гипотеза о согласии экспертов в ранжировках принимается. В соответствии с гипотезой о том, что эксперты являются достаточно "точными измерителями", групповая оценка строится на основе применения методов сравнения. Это соответствует тому, что индивидуальные оценки экспертов образуют компактную группу и в качестве наиболее согласованной групповой оценки используется математическое ожидание



Для получения экспертной информации использовался метод индивидуального мнения членов экспертной группы с применением анкетирования. Общее мнение экспертов определяется путем осреднения всех полученных мнений по формуле (2).

mj = · n åmа,j, а=1 j = 1,2,….., k, ((8)
n

где n - общее число экспертов 30; j – порядковый номер критерия оценки оптимальности (характеристики способа обустройства переезда); k - количество критериев оценки. Сводные данные приведены в таблице 5.2.

 

Таблица 5.2. Важность характеристик a, %

  Эксперты
Стоимость оборудования
Вероятность безотказной работы
Эксплуатационные расходы
Долговечность 7.5
Продолжительность монтажа 7.5

 

При сравнении количественные выражения мнений экспертов о весовых характеристиках аналитических приборов важность критериев, будет возрастать в соответствии и пропорционально с увеличением их весовых характеристик.

После выбора критериев приступают непосредственно к решению задачи оптимизации. Возможной реализацией многопараметрической оптимизации является обобщенная целевая функция, которая записывается следующим образом:

Здесь -наилучшее значение целевой функции, найденное при решение задачи без компромиссной оптимизации.

весовой коэффициент, учитывающий важность i-го критерия.

При этом .

Важным элементом при такой оптимизации является назначе­ние коэффициентов веса каждого оптимизируемого параметра. Распространенный метод — определение коэффициентов веса с помощью экспертов, который представляет собой, по суще­ству, обычное обсуждение, с той лишь разницей, что свое мне­ние эксперты выражают не словами, а цифрами.

Для определения влияния коэффициентов веса на результат решения задачи можно решать ее при различных значениях этих коэффициентов. При непосредственном назначении коэффициентов веса i-тый эксперт оценивает сравнительную важность рассматриваемых параметров, которые будут входить в целевую функцию. В этом методе каждый i-ый эксперт для каждого k-ro параметра должен назначить коэффициент веса таким образом, чтобы сумма всех коэффициентов веса, назначенных одним экспертом для различных параметров, равнялась единице.

Далее каждый эксперт оценивает важность параметров в процентах. При этом оценка, назначаемая каждым экспертом каждому параметру, не связана с оценками, которые он же назначает другим параметрам. Например, всем параметрам можно назначать одинаковую оценку.

В качестве показателя оптимальности нами была предложена следующая обобщенная функция:

Ф( )= , (9)

 

где xi - математическое ожидание i-й характеристики;

bi – максимальное значение i-ой характеристики, указанное экспертами.

Данные по величинам, входящим в выражение (8) и полученные путем обработки экспертных приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3. Результаты экспертных оценок.

методы назв. харак-к Охр-ый переезд Пост ГИБДД Предиктор УЗП Шлаг-баум ворота Свето- диоды Заград. барьер Камера видео- наблюд.
Сто-ость обору- дования, млн.руб.   В1=2,523 2,00 2,116 2,00 2,110 1,00 1,00 0,30 2,100 Хср=1,59 2,00 1.5 0,700 1,100 0,500 1,00 0,045 0,050 Хср=0,85 0,100 0,075 0,150 0,250 1,500 0,020 0,010 0,270 Хср=0,19 0,500 2,523 2,500 2,500 2,00 0,040 0,030 1,470 Хср=1,45 0,200 0,090 0,090 0,090 0,100 0,010 0,020 0,200 Хср=0,10 0,020 0,016 0,015 0,015 0,700 0,005 0,010 2,620 Хср=0,10 1,00 0,350 0,270 0,510 1,00 0,020 0,025 0,630 Хср=0,48 0,120 0,040 0,040 0,040 0,500 0,015 0,015 0,060 Хср=0,10
Вер-ть безотказ. работы, %     В2=100 Хср=77,1 Хср=74,6 Хср=79,4 Хср=87,8 98.7 98.5 98.5 Хср=78,2 Хср=69,0 Хср=48,8 Хср=75,3
Эксплута- ционные расходы, т. руб/год.     В3=1250 150. Хср=709 Хср=596 Хср=85,0 Хср=180 Хср=39,4 Хср=49,6 Хср=138 Хср=52,9
Долго-вечностьгод   В4=50 Хср=30,0 Хср=21,0 Хср=4.50 20-25 Хср=14.1 15-20 Хср=11.8 10-15 Хср=7.50 Хср=11.9 7-10 Хср=6.70
Продол-житель-ность монтажа, мес.   В5=12 Хср=5.38 Хср=4.50 Хср=2.25 1.5 Хср=2.94 0.5 0.5 Хср=3.38 0.5 0.5 Хср=1.63 Хср=4,00 Хср=3.13

 

Результаты расчетов приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 -- Значения критериев оптимальности для различных способов обустройств железнодорожных переездов

Способы обустройства железнодорожных переездов ОП Пост ГИБДД Предик-торы УЗП ШВ Свето-диоды ЗБ КВ
критерий оптимальности 0,575 0,615 0,704 0,594 0,731 0,700 0,718 0,702

 

Экспертная оценка способов обустройства железнодорожных переездов показала, что пять из них характеризуются приблизительно равным показателем оптимальности (0,700 – 0,731). С целью выделить из них один, далее был применен метод дерева событий, в котором указанные способы трактуются в качестве контрмер по обеспечению безопасности.


5.2 Технико-экономическое обоснование обустройства железнодорожных переездов

 

Построение дерева отказов является самодостаточным инструментом оценки уровня безопасности. В то же время, его применение для целей оптимизации невозможно без количественного анализа. Цель количественного анализа состоит в эффективном распределении бюджета, отведенного на безопасность. Для этого рассматривается влияние различных альтернатив на дерево событий и его головное события. Отношение затраты/прибыль является критерием для выбора варианта системы.

Если учесть широкую применимость термина «затраты — прибыль»,то его значение изложено не совсем ясно. В данном контексте он означает деньги, затраченные на снижение бесполезных затрат. Это станет понятнее, если отделить на время меру - затрат от меры - прибылей. Затратыопределяются как деньги, уплачиваемые за внедрение устройств, методов, процедур и т.д., называемых контрмерами, в промышленную систему в течение заданного интервала времени. Это значит, что затраты на устройства, которые должны периодически обновляться или заменяться, приводятся к средним затратам за заданный интервал времени, например, 1000000 чел.-ч.

Незаменяемые и не обновляемые агрегаты, такие как защитные устройства машин, учитываются в терминах срока службы машины. Затраты на обучение определяются в зависимости от частоты проведения занятий. Для сопоставимости все контрмеры должны приводиться к общему знаменателю.

Меры прибыли,трактуемые как ожидаемое сокращение убытков или потерь, требуют более подробного разъяснения. Аварии и несчастные случаи вызывают бесполезные затраты в деньгах или потери

 

трудоемкости. Уровень этих затрат и потерь непосредственно связан с серьезностью аварий. Каждое головное событие анализируемого дерева представляет собой аварию или несчастный случай, серьезность которых может быть непостоянной. Частота, с которой головное событие приводит к необходимости оказать первую помощь, временной нетрудоспособности, частичной или полной инвалидности и к смертельному исходу, определено с помощью регистрационных записей. В каждом из этих исходов будут свои убытки, указанные в табл.5.5.

 

Таблица 5.5 - Распределение убытков

 

Номер класса   Убыток
серьезности Серьезность аварий Ui, руб.
последствий    
Первая помощь
Временная нетрудоспособность
Частичная инвалидность
Полная инвалидность (смертельный исход не
  учитывается)  

Ожидаемые потери при появлении головного события могут быть рассчитаны по формуле

, (11)

где Pi - вероятность появления последствий i-го класса при появлении головного события;

N - число классов последствий различной серьезности;

Ui - потери, связанные с i-м классом последствий.

Приведенное выражение не определяет абсолютную меру потерь и справедливо только при появлении головного события. Следовательно, величина Е может рассматриваться как ожидаемые затраты при аварии или несчастном случае. Значения Ui могут выражаться в деньгах, потерянных рабочих днях и т.д.


 

 
 

 


РС9
Рисунок 5.1 Логическая схема дерева событий


Величина Е, задаваемая формулой (11), показывает, каких потерь можно ожидать при аварии или несчастном случае, но она никак не связана с затратами на обеспечение безопасности. Чтобы их учесть, надо рассмотреть еще несколько важных факторов. Один из них — частота, с которой происходят аварии. При использовании дерева событий она выражается в терминах вероятностей. До обсуждения способов расчета вероятности Р появления головного события рассмотрим, как используется эта вероятность.

Величины Е и Р являются абсолютными мерами «критичности» данного головного события, выражаемой в виде:

(12)

где С — ожидаемые потери, связанные с появлением головного события в течение данного интервала времени или данной единицы трудоемкости. Эта мера формируется независимыми частотой и убытками, и поэтому может применяться для сравнения различных головных событий.

Рассмотрим дерево событий, приведенное на рис.5.1 с указанными вероятностями событий для каждого прохождения подвижного состава по железнодорожному переезду.

Вероятность для независимых исходных событий будем рассчитывать по формулам:

для логической связи "И" ; (13)

для логической связи "ИЛИ" . (14)

где п - число событий; qi - вероятность i-го первичного события.


Из регистрационных записей следует, что в период с 2001 по 2007 года на ижевской дистанции пути произошел 21 несчастный случай (НС) в виде ДТП, пострадало 100 человек. При этом:

- семидесяти человекам оказана только первая помощь (Р1 = 0,70);

- у восемнадцати имела место временная нетрудоспособность (Р2 = 0,18);

- у девяти наступила частичная инвалидность (Р3 = 0,09);

- у трех наступила полная инвалидность (Р4 = 0,03).

Согласно данным в табл.5.5. и соотношению (11) можно рассчитать ожидаемые потери от ДТП на ж/д переезде:

E = P1U1 + P2U2 + P3U3 + P4U4 =

= 0,70×200 + 0,18×3450 + 0,09×25000 + 0,03×210000 = 9311 руб.(15)

Для определения вероятности головного события РГС воспользуемся рис.5.1, и формулами (13) и (14) и примем следующие значения вероятностей базовых событий:

1) Количество ситуаций в год, когда водитель оказывается перед переездом во время прохождения по нему подвижного состава равно 5×365 = 1825 (в среднем 5 проходов поездов через переезд в день). (множитель «5» в знаменателе учитывает, что статистика приведена за 5 лет). Вероятность того, что машинист не успеет затормозить подвижной состав в случае нахождения на путях ТС, практически равна единице. Поскольку за 5 лет произошел 21 НС, а всего за этот период на ижевской дистанции пути подвижные составы проходили 50 переездов 1825×5×50 = 456250 раз, то

 

РС2 = 21/456250 = 4,5×10-5


 

2) Вероятность нарушения ПДД водителями ТС нами исследовалась дополнительно, и было определено, что на неохраняемом переезде нарушение допускает каждый третий водитель. Поскольку при движении подвижного состава в зоне переезда практически всегда на въезде бывает хотя бы одно ТС, то РС7 = 0,33. Нарушение водителем ПДД на переезде с постом ГИБДД может быть совершено только по невнимательности, и его вероятность равна 0,01×(1/(5×365)) = 5,5×10-6. Здесь 0,01 – вероятность совершения ошибки оператором, в соответствии с базой данных ошибок. В свою очередь, оно будет совершено на переезде, оборудованном камерами также по причине острой необходимости и готовности водителя понести наказание. Вероятность событий такого характера, как правило, принимается равной 0,05×(1/(5×365)) = 2,8×10-5.

3) Вероятности событий, вызванных неисправностью современных технических систем, во всех случаях принимаем равной 0,01×(1/(5×365)) = 5,5×10-6, т.е. РС4 и РС6 в случае применения шлагбаум-ворот и УЗП, а также . РС8 в случае оборудования системы сигнализации светодиодами. Здесь принимается, что техническая система выходит из строя во время переходных процессов, т.е. во время включения-выключения.

4) На ижевской дистанции пути всего 50 переезда. Из них 6 охраняемых. Следовательно, вероятность того, что доступ транспортным средствам к железнодорожному полотну будет перекрыт равна 6/50, а РС6 = 1- 6/50 = 0,88.

5) Вероятности событий, связанных с отказом технических систем и реакцией водителей ТС. т.е. РС8 и РС9 приняты равными 0,05×(1/(5×365)) = 2,8×10-5.


Расчеты вероятности наступления головного события для существующей системы железнодорожных переездов на ижевской дистанции пути дали результат 1,31×10-5. В свою очередь, применение ко всем переездам таких контрмер как: оснащение УЗП, оснащение шлагбаум-воротами, оснащение светодиодными светофорами, оснащение камерами видеонаблюдения и организация постов ГИБДД рядом с переездами снижают данную вероятность до 3,3×10-7; 3,3×10-7; 1,31×10-5; 2,68*10-6 и 3,57*10-6 соответственно.

Если на повышение безопасности системы затрачиваются деньги, то это должно приводить или к снижению вероятностей основных событий или снижению серьезности последствий. Если это не отражается на "дереве событий", то: либо затраты не надо делать, либо дерево построено неправильно.Снижение вероятностей основных событий всегда приводит к снижению вероятности головного события, а значит и к снижению критичности (С) этого события. Изменение (С) служит мерой прибылей от вносимых в систему изменений. Значит мера прибыли может быть оценена по затратам на безопасность.

В табл.5.6 приведены рассматриваемые нами контрмеры с указанием их влияния (оцененного или измеренного) на дерево событий.


Таблица 5.6 – Эффект от внедрения контрмеры

 

Описание Эффект
Оснащение переездов УЗП Вероятность РС6 снижается с 0,88 до 5,5*10-6
Оснащение переездов шлагбаум-воротами Вероятность РС6 снижается с 0,88 до 5,5*10-6
Оснащение переездов светодиодными светофорами Вероятность РС8 снижается с 2,8*10-6до 5,5*10-6
Оснащение переездов камерами видеонаблюдения Вероятность РС7 снижается 0,33 до 2,8*10-5
Организация постов ГИБДД рядом с переездами Вероятность РС7 снижается с 0,33 до 5,5*10-6

Как только затраты и прибыли выражены количественно, сравнение контрмер может быть избавлено от субъективности, часто вызываемой пространными описаниями.

Далее рассчитывались по формуле (12) критичность головного события (С) и ее изменение, трактуемое как мера прибыли (экономии). Результаты расчетов отношения затраты/прибыль приведены в табл. 5.7. Затраты рассчитаны как сумма экспертных оценок стоимости оборудования всех переездов и расходов на их эксплуатацию за 10 лет (см. табл. 5.3).

 

Таблица 5.7 – Отношение затрат к прибыли для контрмер

№ контрмеры Затраты, млн. руб Исходная критичность, руб Новая критичность, руб Прибыль, руб Затр/прибыль
68,27 0,122 0,003 0,119 573,7
5,02 0,122 0,003 0,119 42,2
5,02 0,122 0,121 0,001 502,0
5,03 0,122 0,033 0,089 56.4
37,66 0,122 0,025 0,097 388,2

 

Как видно из табл. 5.7, наилучшим соотношением затрат к прибыли, являющейся также мерой безопасности, обладает оснащение переездов шлагбаум-воротами.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 5; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2022 год. (0.042 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты