高速鐵路自然災害及異物侵限監測系統應用優化研究

范紅衛　中國鐵路上海局集團有限公司總工程師室

高速鐵路自然災害及異物侵限監測系統（以下簡稱災害監測系統）是鐵路信息系統的組成部分，對高速鐵路沿線風、雨、雪、地震及上跨鐵路的道路橋梁的異物侵限進行實時監測，為調度指揮及維護管理提供報警信息，有效防止或減少災害對高速鐵路列車運行安全的影響。自2008年京津城際鐵路開始，我國后續所有高速鐵路均安裝了災害監測系統，并隨工程同步建設。災害監測系統在大風、雨量、雪深、異物侵限監測等方面發揮了極其重要的作用，為高速鐵路運營安全提供了可靠的安全屏障。但是，災害監測系統畢竟是一個新系統，應用過程中在系統架構、標準劃分、子系統選型等方面也反映了一定的不足。

1 系統架構

1.1 存在問題

現有災害監測系統均是分線建設，存在系統各自獨立運行、技術架構不開放、信息處理流程不統一、軟件界面不兼容等問題，影響了災害監測系統的深化應用。

1.2 系統優化方案

開展集團公司數據處理中心和現場監測設備組成的兩級架構系統建設，整合現有資源，避免重復建設，發揮兩級監測及處理功能，提高災害監測系統的應用水平。

（1）整合既有高鐵災害監測系統，將按線建設的災害監測系統實現集成，并統一新建軟件及數據接口標準。

（2）建立集團公司統一的數據處理中心，實現監測信息的綜合處置。創建災害監測系統維護管理平臺，實現設備的集中監測。

（3）兼容相鄰集團公司災害監測系統、運營調度管理系統、綜合視頻監控系統、防洪管理信息系統、時間同步系統，實現相關系統互聯互通和信息共享。

據此，鐵路總公司于2014年設計開發了兩級架構的災害監測系統。 2015年，鐵科院在大西鐵路試驗段搭建了基于集團公司數據處理中心和現場監測設備架構的系統，并進行試驗。2017年，兩級架構的災害監測系統通過鐵路總公司組織的技術評審，并于2018年逐步拓展應用。

2 子系統

2.1 風監測系統

2.1.1 存在問題

根據動車組運行實際，當風速達到12m/s左右時，車載式晃車儀產生水平Ⅲ級偏差情況較多（如圖1所示）；當風速增大15m/s時，列車嚴重晃車的現象時有發生。上述情況，增大了動車組運行風險，影響了運輸秩序。

2.1.2 優化措施

分析大風對動車組運行的影響程度，以《鐵路技術管理規程（高速鐵路部分）》為基礎，根據長三角大風的特點，按照導向安全的思路，上海局集團公司于2012年對大風限速標準進行了調整，即當風速12m/s～15m/s時，動車組限速以250km/h速度運行。調整后，水平Ⅲ級偏差比以300km/h以上正常速度運行時的水平Ⅲ級偏差明顯減少。統計分析滬寧城際2015年、2016年數據，當風速達12m/s時，沒有發生過水平Ⅲ級偏差，有效保障了運行安全。

圖1 大風引起車載式晃車儀水平Ⅲ級偏差統計

2.2 雨監測系統

2.2.1 存在問題

（1）雨量計采集偏差。普速鐵路雨量計采用機械式設計，高速鐵路雨量計采用電子式（超聲波和微波兩種）設計。經實踐對比驗證，微波電子式存在誤差明顯偏大的情況（見表1）。

（2）特殊情況下的無效報警。當持續空氣濕度較大的情況下，隨著時間的延續，連續降雨累計值逐漸增大并會引起限速報警，但此類限速沒有實際意義。

2.2.2 解決方案

（1）針對上海局集團公司管內杭長、合蚌、合福、寧安高鐵使用微波式雨量計的情況，進行更換處理。

（2）對于持續空氣濕度較大的報警情況，主要針對連續降雨量數據的持續增加。在實際應用中經過大量的數據分析，采取在24h降雨量小于3mm的情況下，阻斷連續降雨量的增加，使其清零，從而杜絕此類情況的報警。

表1 杭長高鐵微波電子式和滬昆鐵路機械式雨量數據對比

2.3 雪深監測系統

2.3.1 存在問題

（1）系統設置數量不足。目前，上海局集團公司管內16條高鐵安裝了災害監測系統，但僅有2條設置了雪深監測系統，未能做到監測系統功能的全面發揮。

（2）標準劃分不嚴謹。上海局集團公司在寧啟、淮蕭聯絡線兩條有砟鐵路安裝了12處雪深監測點。但是，淮蕭聯絡線設計速度250km/h，雪深監測只有一個報警等級，即當有砟鐵路雪深監測值達到50mm時報警限速160km/h及以下，小于50mm時取消限速報警。這和《鐵路技術管理規程（高速鐵路部分）》第350條規定：當運行區段降中雪或積雪覆蓋道砟面時有砟軌道區段限速200 km/h及以下的規定不符。2.3.2解決方案

（1）增設雪深監測系統。根據設計規定，在鐵路沿線近20年最大積雪深度30mm及以上的區段應設置雪深監測設備。2018年初的大雪充分證明長江下游地區也極易發生大雪，上海局集團公司管內京滬高鐵、合蚌高鐵等線路均應增設雪深監測系統。

（2）細化限速標準。氣象部門規定當降雪深度達（25～49）mm時為中雪，這就需要在降雪時進行積雪觀測，分析積雪深度對行車的影響。結合氣象部門雪量等級的規定，并經實踐驗證25mm是一個分界值。即在允許速度250km/h的線路上，雪深監測值達到25mm時報警限速200km/h及以下，監測值達到50mm時報警限速160km/h及以下。

2.4 異物侵限監測系統

2.4.1 存在問題

異物侵限監測L型支架、電網安裝在公路外側，支架、電網存在墜落的隱患。

2.4.2 解決方案

（1）對于新建公跨鐵橋采用橋面加寬的方式安裝垂直電網。

（2）既有公跨鐵橋采用混凝土或鋼管門架獨立結構安裝垂直電網，可有效減少電網墜落對行車的影響。

（3）考慮門架獨立結構的施工難度，建議后續開展激光雷達、微波、視頻監控等非接觸式監控技術研究，研發相應監控系統。

3 結束語

在全路災害監測系統分析的基礎上，以上海局集團公司應用實踐為基礎，建立兩級架構的災害監測系統，實現高速鐵路災害監測信息的集成與共享；規范雨量計選型、優化異物侵限監測設計，實現監測設備的準確性與安全性；以實踐為依托，細化災害監測系統維護標準，更好的保障運行安全與運輸秩序。

[1]吳寧，寸冬冬.大風環境下動車組行車車載控制參數研究.中國鐵道科學研究院，2017.

[2]沈志凌.高速鐵路防災安全監控系統設計方案.中鐵第四勘察設計集團有限公司，2009.

[3]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.

[4]TJ/GW088-2013，高速鐵路自然災害及異物侵限監測系統總體技術方案（暫行）.

[5]鐵科技[2013]50號，高速鐵路自然災害及異物侵限監測系統風速風向.雨量監測設備技術條件.