軌道電路室外環境監測及預警系統研究

王梓丞

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

鐵路信號設備是鐵路運輸中確保行車安全，提高運輸效率的重要設備。其中，用于實現列車占用檢測以及車地通信的軌道電路，是重要的基礎安全設備之一。然而，軌道電路的室外工作環境通常比較惡劣，尤其在室外降雨量較大或道床潮濕時，軌道電路會出現大量的漏泄電流，導致軌道繼電器無法正常吸起，出現“紅光帶”故障，嚴重影響運輸效率。軌道電路漏泄電流增多是由于道床電阻值降低導致的，道床電阻值除了與上述軌旁濕度相關還與軌旁溫度有關，軌旁溫度升高會使道床電阻值降低。因此，在夏季暴雨后，軌道電路的軌旁溫度和濕度都增加，常常出現“紅光帶”故障現象。目前，鐵路電路部門基本配置了信號集中監測系統，可以實現對鐵路信號室內設備的監測，但該系統缺乏軌道電路的室外監測手段，無法獲取反映設備運行狀態的完整數據。綜上所述，開展軌道電路室外環境監測及預警系統的研究具有重要意義。

1 軌道電路室外環境監測裝置

本文提出的一種軌道電路室外環境監測裝置，目的在于實現對室外溫度、濕度的實時采集和無線數據傳輸。該裝置包括：溫度傳感器、濕度傳感器、濾波單元、A/D轉換單元、無線通信模塊，如圖1所示。其中：（1）溫度傳感器用于實時采集軌道電路室外溫度；（2）濕度傳感器用于實時采集軌道電路室外濕度；（3）濾波單元用于將上述掃溫度、濕度采集信號中的噪聲濾除；（4）A/D轉換單元用于將將上述溫度、濕度模擬信號轉換為數字信號，以便于計算機處理；（5）無線通信模塊用于將上述數字信號通過無線的方式發送至室內的軌道電路預警系統。

圖1 軌道電路室外環境監測裝置結構示意圖

2 軌道電路預警系統

2.1 系統結構

在室外環境監測裝置的基礎上，本文還提出了一種軌道電路預警系統，實現對室外環境異常的提前預報，輔助鐵路部門提前采取維護措施避免故障發生影響行車效率和安全。軌道電路預警系統包括：室外通信接口服務器、室外防火墻、數據庫服務器、數據存儲和備份設備、預警應用服務器、聲光報警裝置、室內通信接口服務器、室內防火墻、操作終端、維護終端、打印機、無線通信設備。

各模塊的主要功能包括：（1）室外通信接口服務器用于通過無線通信網絡實時接收室外環境監測裝置采集到的溫度和濕度信息。（2）室外防火墻具備防病毒、防入侵以及入侵檢測功能，用于隔離無線網絡中可能存在的病毒和隱患，確保預警系統的網絡安全。（3）無線通信設備用于預警系統與室外環境監測裝置之間通過無線方式進行單向信息傳輸，具體為監測裝置向預警系統發送采集到的溫度和濕度信息。（4）室內通信接口服務器用于通過以太網接收信號集中監測系統的軌道電路電壓實時數據。（5）室內防火墻具備防病毒、防入侵以及入侵檢測功能，用于隔離預警系統和信號集中監測系統，避免網絡中可能存在的病毒和隱患，確保預警系統和信號集中監測系統的網絡安全。（6）操作終端用于人機交互，具體地，用戶可以通過操作終端對軌道電路的預警狀態進行查看和操作，還可以通過終端查看實時的室外溫度、濕度信息和軌道電壓數據。（7）維護終端用于預警系統的研發和維保人員對預警系統進行維護，對可能出現的預警系統本身的故障進行處置。（8）打印機為A3紙幅面網絡彩色激光打印機，用于打印數據報表，預警事件等信息。（9）數據庫服務器是在數據庫系統基礎上用于實現數據庫管理、數據庫查詢和操縱、數據庫維護等功能，管理的數據包括軌道電路溫度和濕度數據以及軌道電路的實時預警和歷史預警數據。（10）數據存儲和備份設備用于對數據庫服務器所管理的上述數據進行存儲和備份。（11）預警應用服務器內置預警算法模塊，用于對上述數據進行實時處理，通過理論計算得到軌道電路的預警狀態。（12）聲光報警裝置用于當軌道電路發生預警時，通過聲音和光源的方式對用戶進行提示，提醒用戶需要盡快處理。

2.2 工作原理

如圖2所示，本文提出的軌道電路預警系統部署在鐵路局車站信號樓內，包括：室外通信接口服務器、室外防火墻、數據庫服務器、數據存儲和備份設備、預警應用服務器、聲光報警裝置、室內通信接口服務器、室內防火墻、操作終端、維護終端、打印機、無線通信設備。無線通信設備通過無線網絡實時接收室外環境監測裝置傳輸過來的室外環境監測采集數據。具體地，室外環境監測裝置安裝在室外道床的軌枕表面，安裝位置在兩根鋼軌的中間。室外通信接口服務器通過室外防火墻與無線通信設備相連，獲取室外環境監測數據，并利用室外防火墻進行物理隔離，確保網絡安全。室內通信接口服務器通過室內防火墻與同樣部署在鐵路局車站信號樓內的信號集中監測系統的通信接口服務器相連，獲取存儲在信號集中監測系統數據庫服務器中的軌道電壓數據，其中，室內防火墻用于物理隔離的，確保預警系統和信號集中監測系統的網絡安全。預警應用服務器通過綜合分析軌道電壓、室外溫度和濕度數據，對軌道電路的預警狀態進行評價，當出現故障預警時通過驅動聲光報警裝置對現場維護人員進行提示。預警系統將預警報表、軌道電壓、室外溫度和濕度數據統一存儲到存儲和備份設備中，并通過數據庫服務器對歷史數據進行維護和操作。現場維護人員可通過操作終端對軌道電路的預警狀態進行查看和操作，還可查看實時的室外溫度、濕度信息和軌道電壓數據，必要是可通過打印機對預警報表和數據進行打印。預警系統的研發和維保人員可通過維護終端對預警系統本身可能出現的故障進行及時處置。室外通信接口服務器、室內通信接口服務器、故障預警應用服務器、數據庫服務器、操作終端、打印機、維護終端統一接入既有的鐵路局生產管理網中進行數據交互。

圖2 軌道電路預警系統組成及原理示意圖

3 結語

本文提出的軌道電路室外環境監測及預警系統方案，與現有技術相比，具有以下有益效果：針對現有鐵路電務部門缺乏室外環境監測手段的問題，提供了一種室外環境監測裝置，能夠實現對室外溫度和濕度進行實時采集，監測裝置能夠通過無線通信的方式將采集到的信息發送至室內。此外，提出了一種預警系統，系統一方面與現有的信號集中監測系統接口獲取電壓數據，另一方面通過無線方式接收室外環境信息，融合上述數據進行綜合評判，通過聲光報警裝置向用戶給出預警信息，輔助用戶提前對軌道電路開展維護工作，避免嚴重故障的發生。