嚴寒地區高速鐵路防災系統檢測方法的探討

張明杰 范 宇 崔高峰

（沈陽鐵路局科學技術研究所，遼寧 沈陽 110013）

1 引言

高速鐵路防災安全監控系統是鐵路信息化總體規劃中的一個重要子系統，實時監測風、雨、雪、地震自然災害及異物侵限等突發事件，實現監測信息分布式獲取、集中管理、綜合分析與運用，及時掌握災害發生動態，與調度指揮、行車控制、牽引供電等系統互聯互通，構成完整的運輸安全技術保障體系。

嚴寒地區狂風暴雪及低溫冰凍等自然災害頻發，對系統設備的可靠性、可維護性及安全性提出更高的要求。以哈大高鐵為例，沿途自然條件復雜多變，防災系統沿線共設置風力監測103點、雨量監測39點、雪量監測16點、異物侵入監測53點及地震監測23點，如何檢測這些監測點設備是否正常運轉，各類傳感器測量精度是否達標，是衡量整套高速鐵路防災安全監控系統運營質量的重要因素之一。

2 哈大高鐵防災系統監測設備介紹

哈大高鐵防災系統的監測設備主要由風速風向計、雨量計、雪深計、地震儀及數據采集傳輸單元、異物侵限監測裝置和軌旁控制器組成，能夠根據需要完成風速、降雨量、雪深、地震等監測數據的采集、緩存、處理，并且實時監測異物侵限報警信息。

2.1 風速風向監測設備。風速風向監測設備前端由風速風向傳感器、設備安裝支架、數據傳輸單元、監控單元采集模塊等組成，主要種類有三杯式、螺旋槳式、超聲波式和熱場式。在高鐵線路上，多選用超聲波式風速風向計。

2.2 雨量監測設備。雨量監測設備采集前端由雨量計、數據傳輸單元、監控單元雨量采集模塊等組成。雨量計采用非機械式結構的聲學原理和現代雷達測試技術可以測量各類降水，包括霧、濃霧、雨、雨夾雪、冰雹、雪以及各種介于雪和冰雹之間的混合水，并且在使用過程中由于雨量計沒有沉積物，因此無需維護清洗。

2.3 雪深監測設備。雪深監測設備采集前端由雪深計、數據傳輸單元、監控單元雪深采集模塊等組成。雪深計采用超聲波遙測技術或激光測量技術，測量從探頭到被測目標表面的距離，從而計算出積雪深度。

2.4 異物侵限監測設備。在高速鐵路沿線根據安裝雙電網傳感器，當異物侵限導致雙電網斷線時，各監測終端自動發出異物侵限災害報警信息，災害監測系統同時向列控系統發送災害報警信息，使進入相關閉塞分區內的動車組列車自動停車。異物侵限雙電網傳感器一般設置于公跨鐵路橋、長大隧道口，設備采集前端由雙電網傳感器、軌旁控制器、繼電器組合單元等組成。

2.5 地震監測設備。在高速鐵路沿線根據需要安裝地震儀，監測地震動加速度，生成報警，實現強震應急處置。地震監控子系統現階段僅具備工務段、工務處、調度所監測終端報警顯示、測試功能，尚不具備控車、控電功能，暫不投入使用。

3 各類監測設備檢測內容及方法介紹

3.1 風速風向監測設備。檢測內容包括：實時監測、模擬報警及限速提示、大風報警時限、報警解除時限、大風報警臨界值性能測試、連續風速報警評判測試、大風數據冗余采集。

檢測方法如下：（1）黑盒測試法：預先設定軟件模擬大風報警值、大風報警解除值、大風臨界值等數據，在監控單元現場發送模擬數據，同時在監控終端觀察系統運行情況，將實際運行結果與預測結果相比較，測試系統軟件功能是否正常。（2）容錯性測試法：現場風速風向計配置為雙機，關閉負載運行的一臺風速風向計，觀察系統運行是否正常，隨后將該風速風向計重新開啟；對另一臺風速風向計進行同樣操作，測試系統運行是否正常，通過上述方法測試數據冗余采集功能是否正常。（3）大風實時監測測試方法：在監控單元利用模擬檢測裝置輸入連續變化的大風模擬數據，在調度所監控終端錄制大風數據變化過程，利用圖像編輯軟件對錄制圖像進行分析，確定系統顯示不同風速值的時間間隔，測試大風顯示頻率及風速數據的準確性是否滿足要求。

3.2 雨量監測設備。檢測內容包括：實時監測、小時雨量模擬報警及限速提示。

檢測方法如下：測試過程中采用黑盒測試法，即預先設定軟件模擬小時雨量實時及報警數據等，在監控單元現場發送模擬數據，同時在監控終端觀察系統運行情況，將實際運行結果與預測結果相比較，測試雨量監測功能是否正常。

3.3 雪深監測設備。檢測內容包括：雪深實時監測、雪深模擬報警及限速提示。

檢測方法如下：在監控單元模擬雪深數據，在調度所監控終端觀察雪深信息變化情況。將系統實際運行情況與預測結果相比較，測試雪深監測功能是否正常。

3.4 異物侵限監測設備檢測方法。檢測內容包括：電網實時監測、異物侵限模擬報警、臨時行車、調度恢復、現場恢復、遠程試驗、與信號系統接口、接口繼電器狀態回采、監控單元異常情況。

檢測方法如下：測試過程中主要采用了容錯性測試法，即通過模擬單電網斷開、雙電網斷開、上行臨時行車、下行臨時行車、調度恢復、遠程實驗操作，觀察系統運行情況，將實際運行結果與預測結果相比較，測試系統功能是否正常。

結語

通過了解防災安全監控系統的結構、設計方案、工作原理、應用情況、故障發生情況，研究用于檢測系統各功能單元工作狀態的故障動態模擬測試技術和測試裝置。在上述工作基礎上，提出了包括測試內容、測試方法、測試步驟、測試標準在內的系統檢測技術方案的相關建議，為系統檢測提供了一種新的檢測技術，并成功研制了高速鐵路防災系統模擬測試裝置的樣機，進行了現場實際測試，證明了這種測試方法的可行性。但是，對于高速鐵路防災系統故障檢測與分析技術研究仍然是一個長期的過程，需要長期跟蹤研究。

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