鐵路災害監測系統的深化研究

裘方敏

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073）

鐵路災害監測系統的深化研究

裘方敏

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073）

自然災害嚴重威脅行車安全，隨著高速鐵路的發展，鐵路自然災害及異物侵限系統（簡稱災害監測系統）越來越受到人們關注。提出災害監測系統的系統架構；結合災害監測系統的應用情況及系統存在的不足，提出系統深化研究的內容。

災害監測系統；互聯互通；大風預警；地震預警

1 災害監測系統簡介

災害監測系統是實現鐵路沿線風、雨、雪、地震及上跨鐵路的道路橋梁異物侵限的實時監測系統［1］。系統根據現場監測設備采集的信息，對災害報警及異物侵限報警進行識別和發布，為調度指揮及維護管理提供報警信息和行車管制預案，為運行計劃調整、搶險救援、維修提供依據，為行車安全提供保障。

2 系統架構

災害監測系統采用鐵路局中心系統、現場監測設備兩級架構［1］。現場監測設備部署在鐵路沿線基站，包括現場采集設備和監控單元；鐵路局中心系統部署在鐵路局中心機房及各調度機房內。現場各接入基站采用FE接口與鐵路局中心系統通信，鐵路局中心系統信息處理平臺采用TCP/IP協議互聯，氣象及地震部門信息通過鐵路局安全平臺接入鐵路局中心系統。災害監測系統的網絡采用雙通道冗余網絡，保證傳輸的可靠性。

現場采集設備有風雨氣象傳感器、雪深計、地震加速度計等。監控單元由主機模塊、各種監測功能模塊、防雷單元、UPS電源、機柜等組成［2］，提供與信號系統、牽引供電系統的接口。

鐵路局中心系統由信息處理平臺、監測終端、維護終端、復視終端、網絡及安全設備、時間同步設備等組成。鐵路局中心系統信息處理平臺設備包括應用/通信服務器、數據庫服務器、接口服務器、存儲系統、維護管理服務器、防病毒服務器、短信服務器、NTP服務器、GSM-R接口服務器、應急處置服務器等［1］，提供與其他相關系統數據交互的平臺。

災害監測系統構成示意如圖1所示。

3 系統深化研究

3.1 監控單元優化

監控單元是災害監測信息的關鍵接入設備，為使設備具有兼容性，必需支持不同類型、不同數量的硬件透明接入。目前監控單元的接口包括網口、串口、IO采集設備等。

由于監控單元設置在鐵路沿線的基站內，硬件技術指標要求較高，包括溫度、濕度、防雷、電磁兼容等。

監控單元與信號系統、牽引供電的接口將直接控制列車運行，因此，研究安全可靠的系統間接口，制定一套行之有效的控制流程，對保證行車安全至關重要。

圖1 災害監測系統構成示意圖

為保證監控單元及接口的不間斷運行，除采用冗余配置及UPS供電外，還需研究冗余供電電源技術。

3.2 存儲優化及數據挖掘

災害監測系統中的監測信息由于涉及的監測點較多，信息類型各異且采集信息的頻率較高，導致信息十分龐大。因此，需研究信息高速存儲及壓縮技術，減少存儲的空間，降低災害監測系統的建設成本。

歷史氣象信息是災害監測預警的重要參考信息，如何對已有的海量氣象信息進行分析處理，挖掘識別氣象災害時間、空間的分布規律，將極大地提高系統預警能力。

3.3 系統維護管理

災害監測系統的維護管理工作涉及部門較多，包括工務、電務和信息等，由于分工各不相同，導致采用單一的維護管理終端不能滿足各單位的工作需求。因此需采用個性化的維護管理平臺，協調各工種的維護管理工作，實現災害監測系統的有效管理。個性化管理平臺需提供靈活定制的工作界面、管轄范圍的靈活配置、符合部門需求的故障處理流程等。

目前，災害監測系統維護管理只限于對災害監測線路的管理，對于鐵路局中心系統的維護管理功能還沒有涉及。鐵路局中心系統的維護管理功能包括中心全局設備的監測及管理、災害監測線路接入管理、全局基礎編碼管理和全局信息統計分析等。

系統維護管理功能還應對現場采集設備進行定期維修標定的管理，保證采集設備的可靠運行。

3.4 系統互聯及信息共享

災害監測系統涉及的接口系統如圖1所示，包括鐵路局中心系統與現場監測設備的接口、災害監測系統內部接口、鐵路相關系統接口、路外相關系統的接口等。災害監測中心系統涉及的接口需交互的信息內容，如圖2所示。

圖2 災害監系統接口內容

目前，災害監測系統接口沒有統一的互聯協議，導致災害監測系統與其他系統無法實現信息共享。因此，研究制定一套災害監測系統互聯接口規范非常重要，為實現災害監測系統的標準化提供基礎。

3.5 大風預警

目前災害監測系統的大風監測，主要是對大風進行實時監測，根據采集的風速信息進行實時報警，對大風進行提前預警涉及較少。

日本、法國、德國等國家高速鐵路發展較早，災害監測系統已有大風預警的應用［3］。采用的技術主要有：基于統計學的風速預測技術；鐵路實時數據與氣象站實時數據融合風速預測技術；利用ARMA技術和神經網絡技術的風速預測技術。

研究大風預警應結合氣象局相關系統的信息。利用歷史風氣象數據和實時風氣象信息，與數值天氣預報相結合，結合雷達、氣象站、鐵路沿線的地形地貌信息，建立一套短時大風預警的模型，提高大風預警的預警時間和空間精度。

3.6 地震預警

目前災害監測系統的地震監測應用較少，且各地技術差異較大。由于我國鐵路地震監測的研究不夠深入，導致地震監測的準確性、實時性不能保證，也沒有有效的驗證手段。因此，需研究國際先進地震預警技術，充分利用地震部門的信息及技術，提高地震技術水平。

日本、法國、德國等高速鐵路發達國家的災害監測系統已有地震預警技術［3］。采用的技術主要有：采用多點P波預警與S波監測并行的地震預警技術；與地震部門結合的高可靠地震監測網絡預警技術；基于自學習自適應神經網絡系統的嵌入式地震預警技術。

我國鐵路地震預警才剛剛起步，主要采用多點P波預警與S波監測并行的方式，未實現與國家地震臺網的信息交換。對于地震預警系統抗干擾的問題研究較少，存在地震預警誤報、漏報的情況。此外，急需制定一套切實有效的地震緊急處置方案，減少地震帶來的損失。

4 結束語

我國的鐵路災害監測還處于發展初期，除前面介紹的部分內容，還有許多需要完善和研究的方面，如泥石流、邊坡和隧道監測、氣象布點技術、監測設備優化等。鐵路災害監測系統需要學習其他國家的先進經驗，在災害監測的廣度、深度等多方面發展完善。

［1］鐵總運［2015］35號 高速鐵路自然災害及異物侵限監測系統鐵路局中心系統暫行技術條件［S］.

［2］鐵總建設［2013］86號 鐵路自然災害及異物侵限監測系統工程設計暫行規定［S］.

［3］王瑞.鐵路防災安全監控系統中風速預測與地震監測技術研究［D］.北京：中國鐵道科學研究院，2011.

Natural disasters threat greatly the train operation safety， and the railway natural disaster and foreign object invasion monitoring system （RDMS） has attracted more and more people's attention with the development of high-speed railways. The paper puts forward the system architecture of the RDMS. Combined with the application situation of the RDMS， and the existent insuffi ciency of the system， the paper puts forward the deep research contents of the system.

railway disaster monitoring system； interoperability； strong wind warning； earthquake warning

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.06.015

2015-07-16）