一種改進(jìn)的鐵路異物侵限監(jiān)測方案研究

劉 洋

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251）

隨著我國高速鐵路的不斷發(fā)展與列車運(yùn)行速度的不斷提高，對保障鐵路行車安全的防災(zāi)安全監(jiān)控措施提出越來越高的要求。異物侵限事件的發(fā)生具有突發(fā)性、無規(guī)律可循、不可預(yù)測等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響行車安全，甚至?xí)斐绍嚉送龅臑?zāi)難性后果。因此，如何高效、安全、可靠的對異物侵限事件進(jìn)行監(jiān)測，已成為鐵路建設(shè)必須面對的重要課題。本文通過對現(xiàn)有異物侵限監(jiān)測方案的對比、分析，對目前工程中采用最廣的雙電網(wǎng)監(jiān)測方案進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化，提出一種基于智能雙電網(wǎng)技術(shù)的異物侵限監(jiān)測新方案。

1 現(xiàn)有異物侵限監(jiān)測技術(shù)與方案

現(xiàn)有的異物侵限監(jiān)測技術(shù)主要分為非接觸式監(jiān)測方案和接觸式監(jiān)測方案。其中，非接觸式監(jiān)測方案主要包括雷達(dá)探測技術(shù)、紅外探測技術(shù)、智能視頻內(nèi)容分析技術(shù)等；接觸式監(jiān)測方案主要包括雙電網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)和光纖光柵探測技術(shù)。

通過廣泛的試驗(yàn)和工程應(yīng)用，實(shí)踐證明非接觸式異物侵限監(jiān)測方案有監(jiān)測距離遠(yuǎn)、范圍廣、受地形影響小、便于安裝、易維護(hù)，可對落入監(jiān)測區(qū)域的異物進(jìn)行特征識別等優(yōu)點(diǎn)。但非接觸式探測技術(shù)存在的入侵判斷復(fù)雜，易受光線、飄浮物以及自然環(huán)境干擾，誤報(bào)率相對較高，可靠性低等致命缺點(diǎn)，是導(dǎo)致其在鐵路工程中應(yīng)用相對較少的主要原因。

接觸式異物侵限監(jiān)測方案，特別是雙電網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)，憑借其監(jiān)測信號更準(zhǔn)確、穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，可準(zhǔn)確定位故障及報(bào)警位置，系統(tǒng)可靠性高，工程造價(jià)相對較低，結(jié)構(gòu)簡單，易安裝等優(yōu)點(diǎn)，得以在鐵路工程中廣泛應(yīng)用。

2 目前雙電網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)存在的問題

雙電網(wǎng)傳感器主要由防護(hù)網(wǎng)、探測電纜和電纜終端器組成。電纜兩端分別連接發(fā)送和接收不同頻率模擬信號的發(fā)送器和接收器。接收器實(shí)時(shí)接收來自發(fā)送器發(fā)送的固定頻率的模擬信號。當(dāng)兩個接收器均可接收到信號時(shí)，表示系統(tǒng)運(yùn)行正常；當(dāng)一根電網(wǎng)斷線時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息，不觸發(fā)列控系統(tǒng)；當(dāng)二根電網(wǎng)同時(shí)斷線時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)聯(lián)動觸發(fā)列控系統(tǒng)，使列車緊急制動。

在實(shí)際使用過程中，仍存在系統(tǒng)不穩(wěn)定，誤報(bào)率高等問題。通過對誤報(bào)原因的逐一分析，除去設(shè)備質(zhì)量、施工工藝等方面的因素外，常見故障主要集中在UPS故障、雙電網(wǎng)傳感器故障以及通信故障等方面引起的誤報(bào)警。針對以上問題，本文提出一種基于智能雙電網(wǎng)的異物侵限監(jiān)測新方案。

3 改進(jìn)后基于智能雙電網(wǎng)的異物侵限監(jiān)測方案

3.1 方案構(gòu)成

改進(jìn)后的異物侵限監(jiān)測方案現(xiàn)場采集設(shè)備主要由防護(hù)網(wǎng)（內(nèi)含智能電網(wǎng)傳感器）和控制主機(jī)等部分組成，其中控制主機(jī)包括前置器與異物識別模塊，前置器完成信號的收發(fā)、濾波、補(bǔ)償、抗干擾等功能，異物識別模塊完成波形分析與報(bào)警判定等功能。

3.2 工作原理

智能雙電網(wǎng)傳感器的工作原理是在防護(hù)網(wǎng)上下兩層各布一層網(wǎng)（A層、B層），當(dāng)外力（如落物）砸破防護(hù)網(wǎng)時(shí)，A、B層斷裂不同的時(shí)序形成了獨(dú)特的斷裂波形，如圖1所示。

建立了AB波型數(shù)據(jù)庫，對AB波型進(jìn)行濾波、傅里葉變換等處理，提取出AB電網(wǎng)斷裂時(shí)的幅值分量和頻率分量的獨(dú)有性如圖2所示。根據(jù)防誤觸發(fā)時(shí)序檢測法，來判定報(bào)警是否確實(shí)為異物侵限事件，發(fā)出異物侵限報(bào)警信息或設(shè)備故障信息。

改進(jìn)后的智能雙電網(wǎng)傳感器使信號更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定，可以精準(zhǔn)識別異物的入侵，排除斷電、電線腐蝕、接頭松動、雷電、蟲鼠、電磁干擾、人工破壞等情況，將誤報(bào)率減少一個數(shù)量級。

同時(shí)，如圖3、4所示，整個防護(hù)網(wǎng)的設(shè)計(jì)采用入侵控制技術(shù)，即根據(jù)集中載荷分布設(shè)計(jì)防護(hù)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及材料配比，以達(dá)到防護(hù)網(wǎng)在受到破壞時(shí)，按設(shè)計(jì)好的方式與時(shí)序進(jìn)行斷裂，以便智能雙電網(wǎng)監(jiān)測傳感器輸出最佳信號。

同時(shí)，考慮到防護(hù)網(wǎng)長期在野外環(huán)境中工作，防腐蝕、抗老化、防蟲鼠、防盜等尤為重要，改進(jìn)后的檢測網(wǎng)選用包括二氧化硅、苯聚脂、乙二醇等在內(nèi)的高分子復(fù)合材料進(jìn)行制作。改進(jìn)后的防護(hù)網(wǎng)可滿足抗老化、耐腐蝕以及絕緣、阻燃等方面的性能要求。

3.3 安全電路

異物侵限報(bào)警是優(yōu)先級別最高的報(bào)警，一旦異物侵限報(bào)警，監(jiān)控單元直接會控制異物侵限繼電器（YWJ）落下，導(dǎo)致列車停車。因此，異物侵限監(jiān)控子系統(tǒng)要求高度安全可靠，才能滿足應(yīng)用要求。

為保證智能雙電網(wǎng)的可靠性，AB電網(wǎng)設(shè)置采用雙冗余設(shè)計(jì)，傳感器信號的采集使用二乘二取二的設(shè)計(jì)，充分保證其可靠性。

為保證系統(tǒng)安全性，異物侵限控制電路采用模擬器件和繼電器電路搭建，與列控中心接口采用安全繼電器。

模擬電路搭建的電網(wǎng)板產(chǎn)生動態(tài)信號后，發(fā)送端發(fā)送到室外電網(wǎng)傳感器，接收端從電網(wǎng)傳感器上接收信號，驅(qū)動現(xiàn)場落物繼電器（LW1/LW2）,將落物繼電器串入列控中心采集的YWJ的安全繼電電路中，實(shí)現(xiàn)了異物侵限的安全繼電電路。

監(jiān)控單元和列控中心接口的落物繼電器（LWJ）電源由監(jiān)控單元提供。落物繼電器采用JWXC-1700安全型繼電器 ，其吸起電壓是DC16.9～36 V。為了提高落物繼電器的可靠性，監(jiān)控單元采用2個DC24～60 V 可調(diào)電源作為落物繼電器的驅(qū)動電源，保證了落物繼電器電源的穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)束語

本文提出一種基于智能雙電網(wǎng)的異物侵限監(jiān)測新方案，方案的可實(shí)施性及優(yōu)化，有待工程應(yīng)用中進(jìn)一步驗(yàn)證、完善。

[l]何華武．創(chuàng)新的中國高速鐵路技術(shù)(上) [J]．中國工程科學(xué)，2008(9):42-43．

[2]何華武．創(chuàng)新的中國高速鐵路技術(shù)(下) [J]．中國工程科學(xué)，2008(10) :34-35．

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[4]王彤，史宏，王前，等. 客運(yùn)專線異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的研究[J]．鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009(7):8-10．