災害監測系統在莞惠城際鐵路的應用

培亮

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070）

1 概述

隨著我國高速鐵路和城際鐵路的不斷發展，鐵路自然災害及異物侵限監測系統（簡稱災害監測系統）[1]的技術水平在不斷進步，技術標準不斷完善。莞惠城際鐵路是珠三角城際軌道交通的重要組成線路，線路起始于東莞道滘站止于惠州小金口站，莞惠城際鐵路沿線地區屬熱帶季風海洋性氣候，冬季無嚴寒，夏季濕熱多雨，主要災害性天氣為強臺風及暴雨；同時，莞惠城際鐵路位于我國經濟發達的珠三角地區，高速公路密集，多條高速公路跨鐵路運行，易受異物侵限災害的影響。莞惠城際災害監測系統對鐵路沿線風、雨、公路跨鐵路異物侵限進行實時監測，對災害信息進行分析、處理，當監測的信息值超過報警閥值或接近報警閥值時進行報警和預警，使鐵路運營部門及時掌握鐵路沿線自然災害及異物侵限情況并采取保護措施，保證鐵路行車安全、可靠、穩定運行。

2 莞惠城際災害監測系統構成

莞惠城際鐵路災害監測系統由風監測子系統、雨量監測子系統、異物侵限監測子系統構成。系統采用線路中心系統、現場監測設備兩級架構，在廣鐵集團信息所中心機房設置災害監測監控數據處理設備1套，沿線設置13套監控單元、8處風監測點、5處雨監測點、2處異物侵限監測點，在莞惠城際調度臺設置1套調度終端，同時在信息所、工務處、工務段、通信段等部門設置維護終端。災害監測系統架構于鐵路通信SDH(MSTP)傳輸系統之上，實現災害監控數據處理中心與現場監測設備信息交互，監控數據處理中心通過對監測信息的收集、分析、處理并生成災害報警、限速或停運等信息，為調度部門調整運行計劃、下達行車管制提供依據，設備維護部門通過維護終端設備實時掌握設備運行狀態，及時處理設備故障。莞惠城際災害監測系統結構如圖1所示。

圖1 莞惠城際鐵路災害監測系統結構圖Fig.1 Structure diagram of disaster monitoring system for Dongguan-Huizhou intercity railway

2.1 監控數據處理設備

莞惠城際災害監測系統監控數據處理設備[2]由數據庫服務器、應用服務器、接口服務器、NTP服務器、磁盤陣列、網絡安全設備、維護終端、網絡交換機等設備組成。

數據庫服務器采用雙機集群配置，配備存儲設備，內設災害監測系統各功能子系統的相關監控信息表，存儲各種監測信息、報警數據、設備狀態數據及系統管理數據等。

應用服務器將各監控單元上傳的監測信息及設備狀態信息進行處理[3]，生成災害報警及設備故障報警，將災害監測系統的各種監測信息、設備狀態信息等存入數據庫服務器，將實時數據和報警數據發送到終端及接口服務器。

接口服務器實現應用服務器、數據庫服務器數據交換；實現與其他相鄰線路災害監測系統的信息交互；實現與鐵路局外部系統如國家地震臺網、氣象部門系統等的信息交互。

NTP時鐘服務器從廣鐵調度所通信二級母鐘獲取標準時間源，實現災害監測系統監控數據處理設備及現場監控單元的時間同步功能。

2.2 終端功能劃分

災害監測終端按操作功能劃分為調度終端和維護終端。調度終端實時顯示管轄范圍內監測點及相鄰線路相關監測點的監測、預警、報警及運營管理建議等信息，具備雨報警解除功能，具備發送臨時通車、調度恢復等異物侵限控制命令的功能。維護終端實時顯示監測、預警、報警信息及運營管理建議。維護終端實時顯示監控數據處理設備狀態、監控單元、現場采集設備工作狀態、網絡狀態以及故障報警信息，具備對各類統計報表按時段、類型等條件進行檢索、查詢、打印、導出等功能，異物侵限等遠程試驗功能，短信通知功能。

2.3 現場采集設備

現場采集設備由室內監控單元和室外風、雨、異物侵限傳感器、遠程數據傳輸箱、軌旁控制箱構成。監控單元由監控主機、監測功能模塊、UPS電源、異物侵限繼電組合、防雷等設備組成。監控單元是災害信息的關鍵接入設備，為使設備具有兼容性，支持不同類型，不同數量的硬件透明接入[4]，監控單元采用模塊化設計，可根據基站情況接入不同的通信模塊。監控單元實時監測設備狀態信息，包括外部供電狀況、UPS電源狀態、監控單元主備機狀態、繼電器狀態、基站開關電源、傳感器狀態信息，并將設備狀態信息傳送至監控數據處理設備，現場監控單元結構如圖2所示。監控單元將采集自氣象傳感器輸出的風速、風向、氣溫、氣壓、雨量，異物侵限雙電網狀態等信息進行初步處理，并將信息傳送至監控數據處理設備；監控單元接收并執行由調度維護終端下達的上下行臨時通車、調度恢復、遠程實驗等操作。

圖2 現場監控單元結構圖Fig.2 Structure chart of field monitoring unit

2.3.1 風、雨氣象采集

風、雨現場采集設備由風速風向計、雨量計、遠程數據傳輸箱、傳輸電纜組成。風速風向計、雨量計、遠程數據箱安裝在接觸網支柱上，傳感器采集風、雨信息通過數字信號電纜傳送至就近基站監控單元，接口方式為標準RS-485模式，風監測點配置兩臺非機械式風速風向計，雨監測點采用單臺雨量計配置。

2.3.2 異物侵限電路及接口

1）異物侵限繼電電路

異物侵限繼電接口電路由AX安全型繼電器（常態吸起）組成[5]，滿足故障導向安全設計理念。異物侵限繼電接口電路由電網1繼電器（LWJ1）、電網2繼電器（LWJ2）、臨時通車繼電器、現場恢復繼電器、調度恢復繼電器、電網試驗繼電器、信號系統接口繼電器、異物侵限監測電網傳感器等組成。異物侵限監測電網傳感器安裝于上跨城際鐵路立交橋兩側，由單片異物侵限監測電網串聯而成。電網1繼電器、電網2繼電器均采用偏極繼電器，分別與室外異物侵限電網傳感器、導通二極管、防雷等連接，通過軌旁控制箱形成閉環回路，實現對室外監測區段的實時監測，如圖3所示。

圖3 異物侵限繼電電路與電網傳感器連接圖Fig.3 Connection diagram between foreign object invasion relay circuit and grid sensor

2）與信號系統接口

異物侵限監控系統和信號系統采用繼電器接口，信號系統設置異物侵限繼電器（YWJ），其型號為JXWC-1700。異物侵限繼電器由異物侵限監控系統驅動，常態為吸起，落下時信號系統按發生異物侵限災害進行防護[6]。當室外監測電網單網斷開時，相應監測電網繼電器落下，災害監測系統報單電網故障；當雙電網同時斷開時，電網1繼電器、電網2繼電器同時落下，系統報發生異物侵限事件，同時觸動信號系統異物繼電器落下，信號系統采取防護措施，同時回采信號系統異物侵限接口繼電器狀態；當需要辦理臨時通車業務時，上/下（SLTJ/XLTJ） 臨 時 通 車繼電器吸起，觸動信號系統異物繼電器吸起，實現臨時通車功能。異物侵限電路與信號異物侵限繼電器接口連接，如圖4所示。

3 災害監測功能實現

3.1 風、雨監測及報警

災害監測系統將接收的瞬時風速、風向、氣溫、氣壓、雨量等信息進行匯總分析處理，在終端線路界面上相應的監測點顯示監測信息。當監測點風速、降雨量達到系統設置的報警條件時，終端界面中圖標閃爍同時提示語音報警，根據不同的報警級別，風、雨圖標會顯示相應報警級別顏色，影響區段顯示對應報警顏色，報警信息框顯示報警監測點、報警時間、影響區段、限速區段、運營管理建議等信息。

圖4 異物侵限繼電電路與信號異物繼電器聯動圖Fig.4 linkage diagram of foreign object relay circuit and signal foreign object relay

系統接收風速值超過報警閾值并持續10 s后，監測終端發出報警信息，當接收的數據低于報警閾值并持續10 min后，風速報警自動解除。雨量監測包括監測點里程信息，10 min降雨量、小時降雨量、24 h降雨量、連續降雨量等信息[7]。當監測點雨量達到報警條件時，發出報警等級、限速區段、運營管理建議等信息。當監測點達到降級和解除條件時，系統顯示降級和解除報警信息。調度終端確認雨量報警降級和解除報警功能后，維護終端解除當前雨量報警。

系統支持風、雨監測點柱狀圖顯示，能夠直觀顯示全線風、雨監測點信息。同時，維護終端能夠實現風、雨監測點的日報表、周報表、月報表、年報表及風向統計查詢，并生成報警統計及報警詳情，為系統維護提供方便。

3.2 異物侵限功能

3.2.1 電網故障報警

單電網斷開時，相應電網繼電器落下，災害監測終端報相應電網斷開，終端提示單電網故障，單電網斷開不觸發列控繼電器動作。雙電網斷開時，電網1繼電器、電網2繼電器均落下，災害監測終端報雙電網斷開，災害監測系統報發生異物侵限，觸發列控接口繼電器落下，受異物侵限保護區段產生紅光帶，列控系統做出相應防護，使行駛列車到達受異物侵害區段時及時停車，避免事故發生。

3.2.2 臨時通車

異物侵限報警后，調度終端臨時通車按鈕變成可用狀態。維護人員接收異物侵限報警后及時到達現場進行故障處理，當軌面落物清理完畢但電網傳感器未及時修復時，在確認不影響行車時，調度人員可以辦理臨時通車業務，調度人員可按下臨時按鈕，辦理上、下行臨時通車，系統驅動臨時通車繼電器吸起，觸發列控接口繼電器吸起[8]，異物侵限區段紅光帶消失，列車可臨時通過異物侵限區段。

3.2.3 遠程試驗

工務維護終端具備異物侵限遠程試驗功能，供工務維護人員日常維護試驗或故障處理完畢試驗異物侵限功能是否正常，系統具備單電網試驗，雙電網試驗功能。當試驗單電網遠程試驗時，工務維護人員按壓電網1試驗或電網2試驗按鈕，災害監測系統報相應的電網斷開報警，工務維護人員按壓單網恢復按鈕，電網斷開報警解除；當試驗雙單網遠程試驗時，工務維護人員按壓電網1試驗按鈕電網2試驗按鈕，系統報雙電網斷開報警，雙電網斷開試驗時可進行臨時通車試驗，試驗完畢后，現場維護人員按壓現場恢復按鈕，調度人員按壓調度恢復按鈕，系統恢復正常。

4 結束語

莞惠城際鐵路所處的珠三角沿海地區，經常受到臺風及暴雨襲擊，同時沿線地區經濟發達，多條高速公路跨鐵路運行，莞惠城際災害監測系統的應用對防范自然災害及異物侵限對鐵路運營安全的影響，保證列車運行安全起著重要的作用。隨著新技術的不斷發展和完善，災害監測系統在維護鐵路運營安全方面起著越來越重要的作用。