本书针对高速铁路安全运营的现状进行了深入研究，探寻导致高速铁路交通事故产生的多方面、深层次的原因，建立了高速铁路安全运营态势监控的理论体系，提高了高速铁路安全运营评估和预警能力，实现了高速铁路安全有序、快捷方便、经济合理的可持续发展目标。本书主要是综合应用系统科学、不确定性数学方法、非线性科学、动力系统理论等，在对高速铁路安全运营的现状和客观态势分析的基础上，从"动态跟踪、态势评估、预警管理"理念出发，构建了高速铁路安全运营的监控理论与方法，以减少交通事故的发生，使高速铁路交通达到安全、快捷、经济、舒适和低公害的目的，为改善高速铁路安全状况提供理论依据与技术支撑。本书是对高速铁路安全运营监控理论与方法的研究。

　　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TGV(Train .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ICE(InterCityExpress)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.

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