高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警分析及改進(jìn)措施探討

楊禮，武明生，趙方霞，熊偉

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

0 引言

截至2018年底，我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程已超過(guò)2.9萬(wàn)km，為保障列車(chē)運(yùn)行安全，已開(kāi)通的高速鐵路均同步建設(shè)了高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)），對(duì)鐵路沿線風(fēng)、雨、雪、地震及異物侵限事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)具備報(bào)警、預(yù)警及聯(lián)動(dòng)觸發(fā)功能，為運(yùn)營(yíng)管理調(diào)度指揮提供報(bào)警、預(yù)警信息，有效防止或減少自然災(zāi)害對(duì)高速鐵路列車(chē)運(yùn)行安全的影響[1-2]。

我國(guó)高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)起步晚、發(fā)展快，是從無(wú)到有、從有到完善的過(guò)程。2008—2012年，災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)歷了科學(xué)研究和實(shí)踐探索，形成了現(xiàn)場(chǎng)傳感器、監(jiān)控單元、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理、監(jiān)測(cè)終端四級(jí)架構(gòu)。2013年至今，伴隨原中國(guó)鐵路總公司相關(guān)技術(shù)條件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[3-4]的發(fā)布實(shí)施，確立了鐵路局集團(tuán)公司中心系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備兩級(jí)架構(gòu)。災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警[5-6]現(xiàn)象在早期較多，隨著災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成熟穩(wěn)定，系統(tǒng)誤報(bào)警數(shù)量逐漸減少。

根據(jù)2016—2018年全路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)調(diào)研分析[7]，災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在既有運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中也逐漸暴露了一些問(wèn)題，其中誤報(bào)警現(xiàn)象是一個(gè)重要問(wèn)題，由于誤報(bào)警問(wèn)題的存在，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤限速、禁止行車(chē)、脫離監(jiān)控等提示信息，造成列車(chē)晚點(diǎn)、停運(yùn)，給鐵路運(yùn)營(yíng)管理單位帶來(lái)?yè)p失。例如，2016年京廣線災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提示異物侵限停運(yùn)報(bào)警，經(jīng)檢查為空氣開(kāi)關(guān)故障；2017年寧啟線災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提示異物侵限停運(yùn)報(bào)警，經(jīng)檢查確認(rèn)為監(jiān)控單元遭受雷擊致使UPS故障；2018年合蚌線災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提示大風(fēng)停運(yùn)報(bào)警，經(jīng)檢查為2#風(fēng)速風(fēng)向計(jì)數(shù)據(jù)異常。針對(duì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警問(wèn)題，從聯(lián)調(diào)聯(lián)試[8-10]角度開(kāi)展誤報(bào)警分析，提出改進(jìn)措施，為系統(tǒng)完善和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供技術(shù)參考。

1 誤報(bào)警分析

災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警是指高速鐵路現(xiàn)場(chǎng)沿線風(fēng)、雨、雪監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未達(dá)到報(bào)警閾值及未發(fā)生異物侵限情況下，系統(tǒng)產(chǎn)生風(fēng)報(bào)警、雨量報(bào)警、雪深報(bào)警、異物侵限報(bào)警。誤報(bào)警影響高速鐵路列車(chē)安全行車(chē)，給運(yùn)營(yíng)單位帶來(lái)不便。考慮災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程并結(jié)合全路調(diào)研數(shù)據(jù)，選取2016—2018年的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，從類(lèi)型、原因及誤報(bào)率方面對(duì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警進(jìn)行分析。

1.1 誤報(bào)警類(lèi)型分析

災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警類(lèi)型主要包括風(fēng)誤報(bào)警、雨量誤報(bào)警、雪深誤報(bào)警、異物侵限誤報(bào)警。2016—2018年全路共發(fā)生災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警情況69次，具體各類(lèi)誤報(bào)警類(lèi)型見(jiàn)圖1，異物侵限誤報(bào)警是影響行車(chē)安全的主要誤報(bào)警類(lèi)型，其次是風(fēng)誤報(bào)警、雨量誤報(bào)警。

圖1 誤報(bào)警類(lèi)型統(tǒng)計(jì)

1.2 誤報(bào)警原因分析

災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由鐵路局集團(tuán)公司中心系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備兩級(jí)架構(gòu)組成（見(jiàn)圖2）。從系統(tǒng)架構(gòu)角度對(duì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)研分析，引發(fā)誤報(bào)警的原因主要由現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備（包括風(fēng)速風(fēng)向計(jì)、雨量計(jì)、雪深計(jì)、異物侵限監(jiān)測(cè)電網(wǎng)等）、監(jiān)控單元、中心機(jī)房設(shè)備、監(jiān)測(cè)終端硬件設(shè)備故障等造成（見(jiàn)圖3）。

圖2 災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

圖3 誤報(bào)警原因分析

2016—2018年全路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警原因統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖4，現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備故障是引發(fā)誤報(bào)警的主要原因，監(jiān)控單元故障次之。

圖4 誤報(bào)警原因統(tǒng)計(jì)

1.3 誤報(bào)率分析

高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)率p可用下式表示：

式中：n為誤報(bào)警次數(shù)；m為全線已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)量。

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，2016—2018年災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)率分別為22.9%、17.5%、16.9%（見(jiàn)表1）。

表1 災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)率統(tǒng)計(jì)

由表1可以看出，開(kāi)通運(yùn)營(yíng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)量逐年增加，但誤報(bào)率正在逐年下降，主要是因?yàn)闉?zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及設(shè)備的逐漸成熟穩(wěn)定。

2 改進(jìn)措施探討

聯(lián)調(diào)聯(lián)試是通過(guò)對(duì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)監(jiān)測(cè)、雨量監(jiān)測(cè)、雪深監(jiān)測(cè)、異物侵限監(jiān)測(cè)、設(shè)備冗余、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、輔助功能的動(dòng)態(tài)測(cè)試，驗(yàn)證災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否符合設(shè)計(jì)文件及相關(guān)技術(shù)文件要求，為動(dòng)態(tài)驗(yàn)收提供依據(jù)，是鐵路建設(shè)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是線路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)前的最后一道關(guān)卡。從聯(lián)調(diào)聯(lián)試角度開(kāi)展誤報(bào)警分析，通過(guò)聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間強(qiáng)化檢測(cè)手段，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)階段成立專項(xiàng)檢測(cè)，防止或減少災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警現(xiàn)象，為系統(tǒng)完善和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供參考。

2.1 強(qiáng)化檢測(cè)手段

由于高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警影響行車(chē)安全，聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間對(duì)風(fēng)、雨、雪、異物侵限報(bào)警功能的檢測(cè)工作是重中之重。其中針對(duì)風(fēng)報(bào)警進(jìn)行的檢測(cè)項(xiàng)包括：風(fēng)速報(bào)警及限速提示、風(fēng)速報(bào)警時(shí)限、風(fēng)速報(bào)警解除時(shí)限、風(fēng)速報(bào)警臨界值、風(fēng)速報(bào)警評(píng)判、風(fēng)速數(shù)據(jù)過(guò)濾；針對(duì)雨量報(bào)警進(jìn)行的檢測(cè)項(xiàng)包括：小時(shí)雨量報(bào)警及限速提示、24 h雨量報(bào)警及限速提示、連續(xù)雨量及限速提示、雨量報(bào)警解除；針對(duì)雪報(bào)警進(jìn)行的檢測(cè)項(xiàng)包括：雪深報(bào)警及限速提示、雪深數(shù)據(jù)過(guò)濾；針對(duì)異物侵限報(bào)警進(jìn)行的檢測(cè)項(xiàng)包括：電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異物侵限報(bào)警、臨時(shí)行車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)、調(diào)度恢復(fù)、遠(yuǎn)程試驗(yàn)、與信號(hào)系統(tǒng)接口、異物侵限對(duì)位、監(jiān)控單元異常情況。聯(lián)調(diào)聯(lián)試各報(bào)警類(lèi)型檢測(cè)次數(shù)見(jiàn)表2。

表2 聯(lián)調(diào)聯(lián)試各報(bào)警類(lèi)型檢測(cè)情況

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為了加強(qiáng)對(duì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警現(xiàn)象的檢測(cè)，在現(xiàn)有聯(lián)調(diào)聯(lián)試檢測(cè)手段基礎(chǔ)上進(jìn)行2個(gè)方面改進(jìn)。

（1）升級(jí)檢測(cè)方法。在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，采用場(chǎng)景法通過(guò)模擬監(jiān)控單元空氣開(kāi)關(guān)跳斷、UPS電源故障、配線斷裂、防雷模塊故障、DI開(kāi)關(guān)量采集模塊故障、接觸網(wǎng)異常停電跳閘、板卡通信故障及風(fēng)、雨、雪、異物監(jiān)測(cè)電網(wǎng)等現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備故障等場(chǎng)景，在監(jiān)測(cè)終端觀察相關(guān)數(shù)據(jù)顯示信息，檢驗(yàn)系統(tǒng)在監(jiān)控單元、現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備故障下的誤報(bào)警情況。

（2）增加誤報(bào)率檢測(cè)項(xiàng)目。聯(lián)調(diào)聯(lián)試過(guò)程中，在鐵路局集團(tuán)公司中心系統(tǒng)服務(wù)器模擬的風(fēng)、雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)，在正線現(xiàn)場(chǎng)雪深激光點(diǎn)處模擬雪深監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)，在異物橋、軌旁箱處對(duì)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)進(jìn)行通斷操作，將預(yù)定結(jié)果與系統(tǒng)處理結(jié)果進(jìn)行比較，通過(guò)分析指定次數(shù)的報(bào)警數(shù)據(jù)，檢測(cè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)率。

通過(guò)升級(jí)檢測(cè)方法、增加檢測(cè)項(xiàng)目，能夠?qū)?zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)、雨、雪、異物侵限誤報(bào)警原因進(jìn)行全面分析，對(duì)系統(tǒng)誤報(bào)率進(jìn)行檢測(cè)，為鐵路局集團(tuán)公司運(yùn)營(yíng)維護(hù)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供建議及應(yīng)對(duì)措施參考。

2.2 開(kāi)展專項(xiàng)檢測(cè)

自2008年京津城際鐵路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，最早投入建設(shè)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用年限已超過(guò)10年，隨著災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸成熟完善，較早開(kāi)通運(yùn)營(yíng)線路的災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)功能、性能已不能滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)文件要求[8]；鐵路沿線現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備歷經(jīng)風(fēng)吹、雨淋、日曬等，采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性有待驗(yàn)證；既有線已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及軟件修改、升級(jí)，暫無(wú)第三方檢測(cè)驗(yàn)證。綜合考慮災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警分析結(jié)果，對(duì)既有線災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)很有必要，具體為成立專項(xiàng)檢測(cè)，定期對(duì)既有運(yùn)營(yíng)線路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，具體如下。

（1）系統(tǒng)功能驗(yàn)證。依據(jù)現(xiàn)階段聯(lián)調(diào)聯(lián)試文件要求，采用容錯(cuò)性檢測(cè)法、場(chǎng)景法、等價(jià)類(lèi)劃分法、實(shí)時(shí)性檢測(cè)法、時(shí)限檢測(cè)法對(duì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)、雨、雪、異物侵限監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行功能、性能檢測(cè)，驗(yàn)證系統(tǒng)是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備標(biāo)定。結(jié)合影響災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警的設(shè)備故障，定期對(duì)風(fēng)、雨、雪現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性進(jìn)行標(biāo)定。

（3）增加誤報(bào)警檢測(cè)項(xiàng)目。采用場(chǎng)景法，在監(jiān)控單元、現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備增加監(jiān)控單元空氣開(kāi)關(guān)跳斷、UPS電源故障、風(fēng)速風(fēng)向計(jì)、雨量計(jì)等，并模擬風(fēng)、雨、雪報(bào)警，將預(yù)定結(jié)果與系統(tǒng)處理結(jié)果進(jìn)行比較，通過(guò)分析指定次數(shù)的報(bào)警數(shù)據(jù)，檢測(cè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)情況。

開(kāi)展災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)專項(xiàng)檢測(cè)能夠直接對(duì)既有運(yùn)營(yíng)線路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，不再局限于聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段，檢測(cè)數(shù)據(jù)客觀嚴(yán)謹(jǐn)，具有說(shuō)服力。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)全路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，異物侵限誤報(bào)警是導(dǎo)致誤報(bào)警的主要類(lèi)型，現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備故障是導(dǎo)致誤報(bào)警的主要原因，而且不同年份的系統(tǒng)誤報(bào)率不盡相同，誤報(bào)警影響了高速鐵路的運(yùn)營(yíng)效率。針對(duì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)面臨的誤報(bào)警問(wèn)題，可從強(qiáng)化聯(lián)調(diào)聯(lián)試檢測(cè)手段、定期對(duì)既有運(yùn)營(yíng)線路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)等方面探討改進(jìn)措施，進(jìn)而減少或防止災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警的發(fā)生，為高速列車(chē)安全平穩(wěn)運(yùn)行提供技術(shù)保障。