高速铁路灾害监测系统太原铁路中心系统解决方案

令狐勇生，李亚群，杜亚宇

（1. 太原铁路局 工务处，山西 太原 030013；2. 中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

高速铁路灾害监测系统太原铁路中心系统解决方案

令狐勇生1，李亚群2，杜亚宇2

（1. 太原铁路局 工务处，山西 太原 030013；2. 中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

介绍全路第一个灾害监测系统铁路局中心系统——太原铁路局中心系统的解决方案，主要包括整体架构、逻辑架构、网络架构、接口方案等方面，并阐述系统功能、特点及运行情况。太原铁路局中心系统是全路首个实现基于铁路局中心系统和现场监测设备两级架构的灾害监测系统，对全路基于两级架构的新型灾害监测系统建设起到了良好的示范作用。

高速铁路；灾害监测；铁路局中心系统；互联互通

0 引言

随着列车运行速度的提高，风、雨、雪、地震等自然灾害及异物侵限事件对列车的影响越来越显著，因此，与高速铁路建设同步，建设了高速铁路自然灾害及异物侵限监测系统（简称灾害监测系统），对高速铁路沿线的风、雨、雪、地震等自然灾害及上跨高速铁路的道路桥梁异物侵限事件进行监测[1]。截至2015年年底，全路已建设70余条线路的灾害监测系统，为列车安全、高速运行起到重要的技术保障作用[2]。但是既有灾害监测系统按线设计建设[3]，没有集中统一的信息处理平台，导致既有灾害监测系统各自独立运行、互不联通、技术架构不开放，信息处理流程不统一，即使同一铁路局内的各线路灾害监测系统也无法实现信息的共享和综合利用。

为此，中国铁路总公司于2013年发布《高速铁路自然灾害及异物侵限监测系统总体技术方案（暂行）》，该方案将高速铁路灾害监测系统规划为基于铁路局中心系统和现场监测设备两级架构[4]。铁路局中心系统在对高速铁路沿线风、雨、雪及上跨高速铁路的道路桥梁的异物侵限实现有效、准确、实时监测的基础上，将原有灾害监测系统与新建灾害监测系统整合在一起，应用统一的信息共享与数据交换的接口规范，实现与路内外系统的信息交互，为调度指挥及维护管理提供报警、预警信息，有效防止或减少灾害对高速铁路列车运行安全的影响[5]。

太原铁路局中心系统（简称系统）是全路建设的首个实现基于铁路局中心系统和现场监测设备两级架构的灾害监测系统的铁路局中心系统，对全路灾害监测系统的建设具有重要的示范作用。

1 系统设计

1.1 整体架构

太原铁路局灾害监测系统是基于铁路局中心系统和现场监测设备两级架构的新型灾害监测系统。铁路局中心系统主要由信息处理平台、监测终端、网络及安全设备、时钟同步设备等组成。信息处理平台设备包括应用/通信服务器、数据库服务器、接口服务器、存储系统、维护管理服务器、防病毒服务器、短信服务器、NTP服务器、地震监测预警服务器等。

系统设计采用抽象工厂模式，其系统架构见图1。信息处理平台包括业务处理平台、缓存平台、驱动工厂、接口平台、持久化平台及消息管理中心等内容。业务处理平台负责灾害监测、灾害报警、系统监控、维护管理等业务；缓存平台负责灾害监测数据、报警数据、设备状态数据、消息管理等数据的存储；驱动工厂负责相关系统数据的接入；接口平台提供数据过滤、通信管理及协议管理等服务；持久化平台负责入口管理、查询管理、更新管理、数据库等服务。接口层实现与路内外相关系统的互联互通。终端包括监测业务终端和维护终端，设置于太原工务处、工务段、电务处、电务段、供电段、通信段、信息所等处所，实现监测、报警信息的展示和处理。

1.2 逻辑架构

依据灾害监测系统铁路局中心系统总体方案，太原铁路局中心系统采用多层架构设计，分为界面层、应用层、业务服务层、数据层、接口层、设备接口抽象层、系统软件层和系统硬件层（见图2）。

图1 系统架构

图2 系统逻辑架构

1.3 网络架构

为保障系统通信的可靠性，太原铁路局中心系统网络采用具有冗余功能的双星型网络。监控单元接入网络采用通信传输系统提供的以太网透传通道，实现监控单元至铁路局中心系统网络节点之间的数据传输。太原铁路局调度所、工务处、电务处、信息处至铁路局中心系统、原大西防灾监控数据处理设备（太原南站防灾机房）至铁路局中心系统、太原铁路局中心系统与综合视频系统、时钟同步系统之间均通过FE口互联。太原铁路局工务段、通信段、电务段、供电段采用E1接口。太原铁路局中心系统与山西省气象局之间租用移动公网专线。系统网络架构见图3。

1.4 接口方案

太原铁路局中心系统接入太原南既有灾害监测系统、大西客专试验段新建系统，同时实现与路内综合视频监控系统、防洪管理系统、运营调度管理系统或TDMS、铁路时钟同步系统，路外山西省气象局的互联互通和数据共享。以上是铁路局中心系统与路内外系统的互联互通。同时，太原铁路局中心系统内部的接口包括应用通信服务器与接口服务器、接口服务器与维护管理服务器、接口服务器与数据库服务器、数据库服务器与维护管理服务器、维护管理服务器与监测业务终端、监测维护终端之间的接口等。

系统接口示意见图4，可以看出，太原铁路局中心系统涉及内外部接口众多，为完成铁路局中心系统与内外部系统之间的通信，建立了完成端口IO模型。应用程序发出异步IO请求，设备驱动把工作项目排序到完成端口，在完成端口上等待线程池便可以处理这些完成IO。利用完成端口，接口应用程序能够管理数百上千个套接字，高效完成数据接入。

2 系统功能

太原铁路局中心系统实时接收局管内大西北段现场监测设备、太原南段既有灾害监测系统信息，进行数据分析及处理，并与铁路防洪管理信息系统、综合视频监控系统、运营调度管理系统或TDMS连接，为运营管理提供监测、报警和预警信息。同时，太原铁路局中心系统与铁路时钟同步系统连接，实现时钟同步。与山西省气象局互联，获取相关区域的风、雨、雪监测信息，提高铁路灾害监测的准确性和可靠性。同时，具有设备管理、系统管理等功能。

图3 系统网络架构

图4 系统接口示意图

2.1 业务管理

（1）灾害实时监测功能。系统按既定频率实时监测显示风速、风向、雨量、雪深等数据，实时监测异物侵限双电网状态，实时监测现场监测设备、中心设备、网络设备、终端设备及各服务状态，具备地震监测预警试验系统服务器状态监测功能。

（2）报警功能。系统展示大风、大雨、异物侵限报警，并进行声光报警及限速提示；系统展示设备状态报警，并进行声光报警；系统具备地震监测预警试验系统服务器状态报警功能。雨量报警界面见图5。

图5 雨量报警界面

（3）报警处置。发生风、雨灾害监测报警后，可进行报警确认和报警解除操作。发生异物侵限报警后，可进行上行临时行车、下行临时行车、调度恢复等处置；系统还可以进行异物侵限远程试验，并完成上下行临时行车、远程恢复、调度恢复等操作。系统可在报警发生后进行短信编辑，并发送至相关用户。

2.2 互联互通

目前按线建设的灾害监测系统均无法实现与路内外系统的互联互通，而太原铁路局中心系统首次实现与铁路综合视频监控系统、防洪管理系统、运营调度管理系统或TDMS等路内系统及山西省气象局系统的互联互通和信息共享，为铁路综合视频监控系统、防洪管理系统、运营调度管理系统或TDMS提供灾害监测及报警信息。同时，通过山西省气象局信息，提高灾害监测系统报警的准确性和可靠性。灾害监测系统与综合视频监控系统联动界面见图6。

2.3 维护管理

（1）设备状态监测。系统可监测铁路局中心系统中心设备、监控单元设备、现场传感器、数据处理设备、监测终端等的工作状态，设备故障时实时生成设备故障报警信息。

图6 灾害监测系统与综合视频监控系统联动界面

（2）网络状态监测。系统可监测铁路局中心系统中心网络、监控单元网络、数据处理设备、监测终端网络等的工作状态。

（3）接口状态监测。系统可监测既有灾害监测系统、新建灾害监测系统、路内相关系统、路外相关系统的接口状态。

（4）软件状态监测。系统可进行接口程序、报警引擎、守护进程、业务服务、数据服务等软件状态的监测。

2.4 查询统计

系统可查询某一段时间的风、雨、雪等监测数据及报警数据，某一段时间的设备状态监测及报警数据；系统可显示风、雨的实时监测柱状图；系统可提供设备故障报警信息、用户操作日志的统计查询功能。系统查询统计界面见图7。

图7 系统查询统计界面

2.5 系统管理

（1）人员管理。系统具有人员、角色、权限增删改查的功能。

（2）日志管理。系统具有操作日志、异常日志、人员登录日志的管理功能。

（3）配置管理。系统可根据各专业管辖范围，针对监测点进行配置管理，具备对监控单元进行参数配置和程序升级的功能，可对系统的基础编码进行管理配置。

3 系统特点

与既有按线建设的灾害监测系统相比，太原铁路局中心系统具有以下特点：

（1）形成了全铁路局统一的灾害监测监控中心和数据中心，实现相关监测信息的综合报警评判和集中处置。

（2）优化了资源配置，实现了资源的共享和综合运用，避免系统重复建设、资源重复配置。

（3）整合既有灾害监测系统，实现数据的集成与集中管理。

（4）统一了软件及数据接口标准，实现新建和升级改造的灾害监测系统统一规范化建设。

（5）实现了灾害监测系统与路内外系统的互联互通与信息共享，扩大了系统服务范围，同时通过与气象部门系统数据互联互通，提高自身系统的可靠性。太原铁路局中心系统实现了与路内综合视频监控系统、防洪管理信息系统、运营调度管理系统或TDMS的互联互通，接引铁路时钟同步系统实现时钟同步，接入山西省气象局数据，提高铁路灾害监测的准确性和可靠性。

（6）实现了对灾害监测系统设备的集中监测与维护管理标准化。

4 系统运行情况

太原铁路局中心系统自2015年8月31日正式投入运行后，处于稳定运行状态，能够实时、准确地监测沿线风速、雨量以及异物侵限、设备状态信息，并发出报警信息。同时对沿线风速、雨量及设备状态监测、报警数据进行存储；系统可按既定频率接收山西省气象局气象监测数据；当异物发生报警后，系统能将报警数据发送至综合视频监控系统；系统具备向防洪管理信息系统、运营调度管理系统或TDMS发送信息的功能。

太原铁路局中心系统实现了太原铁路局管内灾害监测和监测信息的共享，同时为进一步开展高速动车组运行安全的相关研究积累了大量基础数据。截至2016年8月底，系统监测与报警情况汇总见表1、表2。

表1 监测数据汇总 条

表2 报警数据汇总 条

5 结束语

灾害监测系统太原铁路局中心系统形成了本局的灾害监测中心和数据共享中心，优化了灾害监测系统资源配置，提高了设备利用率，有效降低系统因按线建设带来的重复投资和运营维护成本，实现了资源、监测信息的集成与综合运用。同时，系统实现与路内外系统的互联互通和信息共享，扩大灾害监测系统的服务范围，为铁路安全运行提供技术保障。太原铁路局中心系统的建设为全路基于铁路局中心系统和现场监测设备两级架构的灾害监测系统建设作出了示范。

[1] 何华武．灾害对铁路影响及其防御对策[J]．中国 铁路，2008(10)：4-12.

[2] 何华武．高速铁路运行安全检测监测与监控技术[J]. 中国铁路，2013(3)：1-7.

[3] 王彤．高速铁路防灾安全监控系统研究与开发[J]. 中国铁路，2009(8)：25-28.

[4] 白鑫，李晓宇，戴贤春．高速铁路防灾安全监控系 统架构研究[J]．中国铁路，2012(12)：33-37.

[5] 王瑞，喻麒睿，王彤．高速铁路灾害监测系统优化 升级[J]．中国铁路，2013(10)：17-20.

责任编辑 卢敏

Solution for High Speed Railway Disaster Detection System in Taiyuan Center System

LINGHU yongsheng1，LI yaqun2，DU yayu2
（1. Track Maintenance Department，Taiyuan Railway Administration，Taiyuan Shanxi 030013，China；2. Institute of Computing Technology，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

In this paper, the author introduces the solution for the frst disaster detection system, Taiyuan Center System, including overall structure, logic structure, network structure, interface solution, etc. Besides, the author explains the function, feature and operation of the system. As the frst disaster detection system integrating two layers as central system in railway administration and feld detection equipment in railway sector, Taiyuan Center System sets a good example.

high speed railway；disaster detection；central system in railway administration；inter-connection

U298

：A

：1001-683X（2017）06-0083-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.06.083

2017-01-13

中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2016T003、2016X004-B）

令狐勇生（1977—），男，高级工程师。

李亚群（1981—），男，工程师。

E-mail：yaqli@163.com