高速铁路防灾安全监控系统数据中心的软件防灾流程设计

刘永壮

(北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073)

1 防灾安全监控系统概述

对于高速铁路而言，行车安全是首要的，防灾安全监控系统是保障行车安全的重要手段之一。防灾安全监控系统是架构于通信传输系统之上，集灾害信息采集、信息处理及存储、辅助安全行车为一体的信息平台，主要是对危及铁路运输安全的自然灾害（包括风、雨、地震等）及异物侵限等突发危害进行监测，并提供经处理后的灾害预警信息、限速信息或停运信息等，为运营调度中心运行计划调整、下达行车管制、抢险救援、维修提供依据，以保证列车安全正点、高效、舒适的运营。

防灾安全监控系统由风雨异物等现场监测设备、监控单元、数据处理中心、工务终端、调度所终端和传输网络等组成。系统结构如图1所示。

每一个基站由若干现场监测设备和监控单元主机组成，监控单元负责从现场监测设备采集数据，并将数据发送到数据处理中心。数据处理中心收集若干个监控单元发送过来的实时监测数据并进行处理存储，将加工后的数据发送到工务终端和调度终端。调度终端显示的信息辅助铁路调度人员调整行车计划，工务终端辅助铁路工务人员进行现场勘查和系统维护。

2 数据处理中心的职能

数据处理中心是防灾安全监控系统的心脏，主要职能如下。

1）收集监控单元发送过来的灾害数据，包括风、雨、异物等。风数据包括风速、风向、气压、温度、湿度等。雨数据包括降雨量、降雨时间、降雨强度等；异物数据包括电网状态、临时行车继电器状态、调度同意复原继电器状态以及现场复原继电器状态等。

2）收集监控单元发送过来的设备状态数据，包括监控单元主机自身的状态，现场监测设备的工作状态、UPS状态、基站的各种电源状态等。由于防灾安全监控系统的基站和数据处理中心均是无人值守，因此将关键设备当前的工作状态及时反映给维护人员就变得非常重要。

3）对监控单元的数据处理分析，生成灾害报警和设备状态报警，并将报警信息发送到调度终端和工务终端。

4）接收并处理调度终端和工务终端的操作命令，如报警确认、主备机切换或异物操作命令等。

5）数据存储。数据处理中心要对监测数据进行历史存储，包括原始数据和处理加工后的数据。目前历史数据的存储年限是3年。存储的数据方便日后的查询和数据分析。

3 数据处理中心软件设计解析

3.1 软件体系结构

数据处理中心软件系统结构如图2所示。

3.2 软件模块的划分

1）防灾服务。防灾服务负责接收处理监控单元的灾害数据（包括风、雨、异物等）并生成灾害报警，灾害报警是整个系统中影响行车的至关重要的部分。防灾服务处理的数据量较大，通常一条高速铁路专线的基站数量从几十到几百不等，每个基站又承载着几个监测点的数据。典型的防灾系统监测点采集频率如下：风监测点1 s 1次；雨监测点1 min 1次；异物监测点10 s 1次。灾害报警的实时性要求很高，因此要在提高灾害服务的性能上下功夫：比如程序设计上采用多线程实现；数据库的参数配置要进行优化提高其单位时间内的存取能力；需要大量数据访问的运算尽量放到存储过程中去实现。防灾服务的简要流程如图3所示。

2）设备服务。设备服务处理设备状态数据并生成报警。设备状态数据部分来自于监控单元（比如基站的各设备状态），部分来自于其自身采集的数据（比如数据中心的各设备状态）。监控单元发送到数据处理中心的设备状态数据包括：UPS状态、UPS切换器状态、主机状态、监测点通道状态等。设备服务自身采集的数据包括：各网络设备的网络状态、交换机端口状态、数据库连接状态、监测点连接状态（数据超时）、数据处理中心UPS状态、数据处理中心服务器运行状态（包括CPU、内存、存储空间等）。

设备报警不直接影响行车，主要是为设备维护单位的设备检修提供参考。但如果设备故障未及时得到处理，终将会影响行车甚至造成行车事故。

设备服务的简要流程如图4所示。

3）灾害监控界面。其面向防灾服务产生的数据，实时将各监测点的状态及报警信息展现出来。灾害监控界面通常采用图形化的方式将监测点和基站铺画出来，通过图素的形状、颜色区别监测点的类型及状态，如图5所示。

如图6所示，该图标表示F183+896公里标处有风监测点和雨监测点。上面的小旗子标识风监测点，下面的太阳表示雨监测点。图6中当前表达的状态均为正常，无任何报警。产生报警时，图形将根据报警级别变化颜色及形状。另外，有报警产生时，将在报警对话框中显示相应报警并要求人工报警确认。如图7所示。

4）设备维护界面。设备维护界面面向设备服务产生的数据，通常以图形化的方式铺画设备状态图并同时配以报警对话框展示报警数据。界面风格与灾害监控界面类似。

5）报表查询。报表查询面向数据库，为用户提供灾害数据以及设备状态数据的历史查询，包括原始数据以及统计后的数据（如日报、月报、年报等）。报表的展现方式通常有两种：表格和图形。有些数据类型比如风数据的历史数据量很大，通过建立数据库索引以及合理的运用存储过程可显著提高其查询性能。

6）数据库设计。这里讨论的数据库是指关系型数据库。数据库设计主要体现在两个方面：数据表设计及存储过程设计。数据表主要内容如下。

基站表（基站ID、基站名称、公里标、主机IP地址……）；

监测点表（监测点ID、监测点名称、监测点类型、基站ID……）；

风表（监测点ID、风速、温度、时间戳……），保存48 h内的数据；

雨表（监测点ID、降雨累计量、降雨强度、时间戳……）；

异物表（监测点ID、异物状态、时间戳…… ）；

报警表（监测点ID、报警类型、报警级别、报警描述、开始时间、结束时间……）；

除以上数据表外，还有风日报表、风月报表、风年报表、雨日报表、雨月报表、雨年报表、用户表、岗位表、用户登录日志表等。

存储过程如下。

日报表统计存储过程：产生风日报数据、雨日报数据。24 h运行一次。

月报表统计存储过程：产生风月报数据、雨月报数据。每月运行一次。

年报表统计存储过程：产生风年报数据、雨年报数据。每年运行一次。

4 结束语

防灾安全监测系统在高速铁路行车安全中发挥着重要作用。该系统目前尚属于新生事物，还在不断发展和完善的过程中。在近几年的实际应用中暴露出的需要研究和克服的主要问题：户外监测设备的准确性和稳定性问题，户外设备由于现场环境条件恶劣，受干扰因素多，容易造成监测数据的误差甚至误报；报警规则待完善的问题：风报警和雨报警产生及解除的规则，受当地气候、地势、地质、车体等多方面的影响，不是一个一刀切的问题。如何科学制定报警规则，能在保证行车安全的前提下充分提高行车效率，将是很长时间内一个重要研究课题；防灾安全监控系统监测的范围将逐步扩大。目前国内已建高速铁路线路中监测的内容主要是风、雨、异物。除此以外，地震监测也已经提上日程并将在新建线路中付诸实施。雪深监测也在研究和探讨中；另外，防灾安全监控系统和当地气象局、地震局等专业防灾部门的信息接口也有望在将来得以实施。