鐵路客運專線自然災害及異物侵限監測系統的構建

李耀東

為保證鐵路客運專線的安全性，建設自然災害及異物侵限監測系統（以下簡稱：災害監測系統）是極為重要的。基于此，本文針對客運鐵路面對的危險構建出一套災害監測系統，該系統涵蓋數據采集器、終端調度室以及列車本身，能夠通過數據采集對即將發生的危險進行分析報警，并將數據回饋給調度室，再由調度室進行列車調度，避免發生意外。

災害監測系統由于要實現全天候作業，所以對其本身的安全性、穩定性、準確性以及可維修性都提出了很高的要求。針對這個情況，在對災害監測系統進行構建時，采用“數據采集一數據比較一數據傳輸一調度室一列車”的形式，由調度室最終對列車行進進行調度，確定列車的行進速度等因素，保證列車安全行進。

1鐵路客運專線鐵路災害監測系統的主要監控對象

我國客運專線時速在200Km/h及以上，所以相較于普速鐵路，自然環境因素以及及突發人為災害對列車的影響變大，所以災害監測系統包括：（1）風監測子系統。對高速列車而言，雖然列車整體呈流線型，該造型對列車所受的側向風沒有明顯的防護效果，風速監測主要是對列車側向瞬時風速進行監測。（2）雨監測子系統。降水量可以對路基以及軌道系統形成巨大影響，影響行車安全。（3）雪監測子系統。降雪對鋼軌與車輪間的滑動摩擦系數、剎車距離影響很大，所以必須要對降雪量進行監測，確保列車在降雪環境下行駛的安全性能。（4）異物侵限子系統。公路橫跨鐵路橋梁上的墜落異物（如車輛事故或人為拋落物體）、隧道口頂部的落石會對高速行進的列車造成很大的災難，所以必須要對異物侵入鐵路界限進行監測，確保列車行駛的安全性。（5）地震監測子系統。我國地質災害頻發，高烈度的地震災害會對軌道和路基造成巨大傷害，所以需要在地震帶建設地震子監測系統，在發生對列車行進造成災害的地震時及時控車避免更大的損失。（6）防雷措施。雷電可能會破壞災害監測系統的電力供應和信息傳輸，所以在系統內傳輸設備及供電設備加裝防雷裝置，避免雷電次生災害。

2鐵路客運專線災害監測系統的構建

2.1災害監測各子系統布設原則

中國地域廣大，東西南北差異巨大。災害監測系統根據不同地區的災害情況按需求構建，根據不同項目和地區設置不同的子系統監測災害信息。

（1）風監測子系統。對于軌道經過的橫向山谷地帶或大風災害頻發區（如新疆百里風區）要選用風監測子系統對風速風向進行監測，防止列車傾覆脫軌。

（2）雨監測子系統。對于客專線路經過強降雨地帶和低洼地帶雨監測子系統能夠對單位時間內的降水量進行測量，防止強降雨天氣路基損毀和高速列車脫軌。

（3）雪監測子系統。對于北方及易發生暴風雪地區，應布設雪監測子系統，監測鐵路沿線降雪量，防止強降雪造成高速列車制動距離不足和傾覆危險。

（4）異物侵限監測子系統。對于公路上跨鐵路或隧道口可能會發生異物侵入鐵路界限的區段，應布設異物侵限子系統。當異物侵入鐵路界限，損毀傳感器，防災系統及時傳輸信號至列控中心控車。

（5）地震監測子系統。《中國地震動參數區劃圖》GB18306確定的地震動峰值加速度0.1g及以上的鐵路區段設置地震監測子系統。地震數據采集器將采集的地震儀信息進行比較核除干擾信息后將報警傳輸至列控中心控制列車行進，減少損失。

（6）防雷措施。災害監測系統各子系統的室外設備與室內設備連接均設置防雷，防止因雷電引起系統損壞或信息誤報。

2.2數據比較原則

災害監測系統本身是為鐵路安全運營服務的，系統自身的數據準確性和穩定性是非常重要的。防災各子系統在信息采集和數據傳輸過程中如何保證報警信息正確和系統穩定是第一位的。

（1）風監測子系統。每個風監測點設置2臺風速風向計采集信息。當其中一臺出現瞬時風速對列車有害時，信息采集板會進行2臺風速計的數據進行比對，消除誤報信息，防止因為頻繁的誤報信息導致列車降速運行，影響列車運營效率。

（2）雨監測子系統。每個雨量監測點設置1臺雨量計，但是信息采集版對于降雨量的信息采取一段時間內的滑動平均值計算降雨量，防止短時雷陣雨天氣引起的誤報導致列車降速運營。

（3）雪監測子系統。每個雪監測點設置1臺雪深計并配置1臺攝像機對于鋼軌處的降雪量進行監測，降雪量的信息向后臺傳輸的同時，每1小時會有現場照片影像資料做比對，防止誤報信息導致列車降速。

（4）異物侵限監測子系統。每個異物侵限監測點的傳感器內部采取雙電網模式。當單電網線路故障，后臺顯示黃色故障報警，當雙電網全部斷開后，對應繼電器組合常態吸起的繼電器落下并觸發信號系統控制列車停車，后臺顯示紅色報警。

（5）地震監控子系統。每個地震監測臺站設置2臺地震儀，2各地震臺站間距宜為25km。為防止因為工程施工或其它人為因素震動引起的誤報，臺站通過對兩臺地震計采集的數據進行校核，提高抗干擾能力，一個臺站兩個地震計同時監測到數據進行相似性分析，判識為地震時臺站進行報警，一個地震計發生故障時該臺站不報警。當地震動加速度大于等于40gal則分級報警，系統對未達到閾值（40gal）的地震事件或非地震事件輸出地震警報。

數據信息比對是確保災害監測系統安全準確運行的重要原則。系統必須確保自身報警信息正確無誤才能保證客運專線的安全運行。所以災害監測系統軟件的內在邏輯判斷極為重要。

2.3信息傳送系統

為確保災害監測系統的報警信息安全無誤的傳輸到數據中心，室外設備（傳感器）和室內設備（數據采集監控單元）之間的信息傳輸采用鐵路專用信號電纜走通信信號的電纜槽道敷設。為防止線路施工和維護過程中的電纜損壞，采用鋼帶鎧裝；為避免接觸網電壓和行車感應電流的影響，采用鋁護套的型號，一般為PTYL23或SPTYWPL23型。

2.4災害監測系統自身防護體系

災害監測系統為了保障列車的安全運行，其本身必須擁有良好的防護措施。對系統自身防護體系威脅最大的是雷電，以及各項污染，污染物會阻塞各項檢測儀器，使儀器失效。所以本系統前端傳感器采用非機械式、免維護傳感器，有效工作時間長。其次在傳感器數據信息進入室內設備前家裝防雷端子，防止信號發送、接收過程出現問題而形成重大安全事故。

綜上所述，災害監測系統采用“災害監測一數據比對傳輸一調度室（和列車）—列車”的形式構建。通過對各項影響列車行進安全的重要因素進行監測和對比，將信號傳送到后臺。該系統不僅能夠在發生重大環境變化或人為事故時能夠保證列車的安全，也能在列車行駛時按照環境因素為列車駕駛員提供行駛建議，以達到最大限度確保客運專線鐵路安全運行的目的。