灾害监测系统在莞惠城际铁路的应用

培亮

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

1 概述

随着我国高速铁路和城际铁路的不断发展，铁路自然灾害及异物侵限监测系统（简称灾害监测系统）[1]的技术水平在不断进步，技术标准不断完善。莞惠城际铁路是珠三角城际轨道交通的重要组成线路，线路起始于东莞道滘站止于惠州小金口站，莞惠城际铁路沿线地区属热带季风海洋性气候，冬季无严寒，夏季湿热多雨，主要灾害性天气为强台风及暴雨；同时，莞惠城际铁路位于我国经济发达的珠三角地区，高速公路密集，多条高速公路跨铁路运行，易受异物侵限灾害的影响。莞惠城际灾害监测系统对铁路沿线风、雨、公路跨铁路异物侵限进行实时监测，对灾害信息进行分析、处理，当监测的信息值超过报警阀值或接近报警阀值时进行报警和预警，使铁路运营部门及时掌握铁路沿线自然灾害及异物侵限情况并采取保护措施，保证铁路行车安全、可靠、稳定运行。

2 莞惠城际灾害监测系统构成

莞惠城际铁路灾害监测系统由风监测子系统、雨量监测子系统、异物侵限监测子系统构成。系统采用线路中心系统、现场监测设备两级架构，在广铁集团信息所中心机房设置灾害监测监控数据处理设备1套，沿线设置13套监控单元、8处风监测点、5处雨监测点、2处异物侵限监测点，在莞惠城际调度台设置1套调度终端，同时在信息所、工务处、工务段、通信段等部门设置维护终端。灾害监测系统架构于铁路通信SDH(MSTP)传输系统之上，实现灾害监控数据处理中心与现场监测设备信息交互，监控数据处理中心通过对监测信息的收集、分析、处理并生成灾害报警、限速或停运等信息，为调度部门调整运行计划、下达行车管制提供依据，设备维护部门通过维护终端设备实时掌握设备运行状态，及时处理设备故障。莞惠城际灾害监测系统结构如图1所示。

图1 莞惠城际铁路灾害监测系统结构图Fig.1 Structure diagram of disaster monitoring system for Dongguan-Huizhou intercity railway

2.1 监控数据处理设备

莞惠城际灾害监测系统监控数据处理设备[2]由数据库服务器、应用服务器、接口服务器、NTP服务器、磁盘阵列、网络安全设备、维护终端、网络交换机等设备组成。

数据库服务器采用双机集群配置，配备存储设备，内设灾害监测系统各功能子系统的相关监控信息表，存储各种监测信息、报警数据、设备状态数据及系统管理数据等。

应用服务器将各监控单元上传的监测信息及设备状态信息进行处理[3]，生成灾害报警及设备故障报警，将灾害监测系统的各种监测信息、设备状态信息等存入数据库服务器，将实时数据和报警数据发送到终端及接口服务器。

接口服务器实现应用服务器、数据库服务器数据交换；实现与其他相邻线路灾害监测系统的信息交互；实现与铁路局外部系统如国家地震台网、气象部门系统等的信息交互。

NTP时钟服务器从广铁调度所通信二级母钟获取标准时间源，实现灾害监测系统监控数据处理设备及现场监控单元的时间同步功能。

2.2 终端功能划分

灾害监测终端按操作功能划分为调度终端和维护终端。调度终端实时显示管辖范围内监测点及相邻线路相关监测点的监测、预警、报警及运营管理建议等信息，具备雨报警解除功能，具备发送临时通车、调度恢复等异物侵限控制命令的功能。维护终端实时显示监测、预警、报警信息及运营管理建议。维护终端实时显示监控数据处理设备状态、监控单元、现场采集设备工作状态、网络状态以及故障报警信息，具备对各类统计报表按时段、类型等条件进行检索、查询、打印、导出等功能，异物侵限等远程试验功能，短信通知功能。

2.3 现场采集设备

现场采集设备由室内监控单元和室外风、雨、异物侵限传感器、远程数据传输箱、轨旁控制箱构成。监控单元由监控主机、监测功能模块、UPS电源、异物侵限继电组合、防雷等设备组成。监控单元是灾害信息的关键接入设备，为使设备具有兼容性，支持不同类型，不同数量的硬件透明接入[4]，监控单元采用模块化设计，可根据基站情况接入不同的通信模块。监控单元实时监测设备状态信息，包括外部供电状况、UPS电源状态、监控单元主备机状态、继电器状态、基站开关电源、传感器状态信息，并将设备状态信息传送至监控数据处理设备，现场监控单元结构如图2所示。监控单元将采集自气象传感器输出的风速、风向、气温、气压、雨量，异物侵限双电网状态等信息进行初步处理，并将信息传送至监控数据处理设备；监控单元接收并执行由调度维护终端下达的上下行临时通车、调度恢复、远程实验等操作。

图2 现场监控单元结构图Fig.2 Structure chart of field monitoring unit

2.3.1 风、雨气象采集

风、雨现场采集设备由风速风向计、雨量计、远程数据传输箱、传输电缆组成。风速风向计、雨量计、远程数据箱安装在接触网支柱上，传感器采集风、雨信息通过数字信号电缆传送至就近基站监控单元，接口方式为标准RS-485模式，风监测点配置两台非机械式风速风向计，雨监测点采用单台雨量计配置。

2.3.2 异物侵限电路及接口

1）异物侵限继电电路

异物侵限继电接口电路由AX安全型继电器（常态吸起）组成[5]，满足故障导向安全设计理念。异物侵限继电接口电路由电网1继电器（LWJ1）、电网2继电器（LWJ2）、临时通车继电器、现场恢复继电器、调度恢复继电器、电网试验继电器、信号系统接口继电器、异物侵限监测电网传感器等组成。异物侵限监测电网传感器安装于上跨城际铁路立交桥两侧，由单片异物侵限监测电网串联而成。电网1继电器、电网2继电器均采用偏极继电器，分别与室外异物侵限电网传感器、导通二极管、防雷等连接，通过轨旁控制箱形成闭环回路，实现对室外监测区段的实时监测，如图3所示。

图3 异物侵限继电电路与电网传感器连接图Fig.3 Connection diagram between foreign object invasion relay circuit and grid sensor

2）与信号系统接口

异物侵限监控系统和信号系统采用继电器接口，信号系统设置异物侵限继电器（YWJ），其型号为JXWC-1700。异物侵限继电器由异物侵限监控系统驱动，常态为吸起，落下时信号系统按发生异物侵限灾害进行防护[6]。当室外监测电网单网断开时，相应监测电网继电器落下，灾害监测系统报单电网故障；当双电网同时断开时，电网1继电器、电网2继电器同时落下，系统报发生异物侵限事件，同时触动信号系统异物继电器落下，信号系统采取防护措施，同时回采信号系统异物侵限接口继电器状态；当需要办理临时通车业务时，上/下（SLTJ/XLTJ） 临 时 通 车继电器吸起，触动信号系统异物继电器吸起，实现临时通车功能。异物侵限电路与信号异物侵限继电器接口连接，如图4所示。

3 灾害监测功能实现

3.1 风、雨监测及报警

灾害监测系统将接收的瞬时风速、风向、气温、气压、雨量等信息进行汇总分析处理，在终端线路界面上相应的监测点显示监测信息。当监测点风速、降雨量达到系统设置的报警条件时，终端界面中图标闪烁同时提示语音报警，根据不同的报警级别，风、雨图标会显示相应报警级别颜色，影响区段显示对应报警颜色，报警信息框显示报警监测点、报警时间、影响区段、限速区段、运营管理建议等信息。

图4 异物侵限继电电路与信号异物继电器联动图Fig.4 linkage diagram of foreign object relay circuit and signal foreign object relay

系统接收风速值超过报警阈值并持续10 s后，监测终端发出报警信息，当接收的数据低于报警阈值并持续10 min后，风速报警自动解除。雨量监测包括监测点里程信息，10 min降雨量、小时降雨量、24 h降雨量、连续降雨量等信息[7]。当监测点雨量达到报警条件时，发出报警等级、限速区段、运营管理建议等信息。当监测点达到降级和解除条件时，系统显示降级和解除报警信息。调度终端确认雨量报警降级和解除报警功能后，维护终端解除当前雨量报警。

系统支持风、雨监测点柱状图显示，能够直观显示全线风、雨监测点信息。同时，维护终端能够实现风、雨监测点的日报表、周报表、月报表、年报表及风向统计查询，并生成报警统计及报警详情，为系统维护提供方便。

3.2 异物侵限功能

3.2.1 电网故障报警

单电网断开时，相应电网继电器落下，灾害监测终端报相应电网断开，终端提示单电网故障，单电网断开不触发列控继电器动作。双电网断开时，电网1继电器、电网2继电器均落下，灾害监测终端报双电网断开，灾害监测系统报发生异物侵限，触发列控接口继电器落下，受异物侵限保护区段产生红光带，列控系统做出相应防护，使行驶列车到达受异物侵害区段时及时停车，避免事故发生。

3.2.2 临时通车

异物侵限报警后，调度终端临时通车按钮变成可用状态。维护人员接收异物侵限报警后及时到达现场进行故障处理，当轨面落物清理完毕但电网传感器未及时修复时，在确认不影响行车时，调度人员可以办理临时通车业务，调度人员可按下临时按钮，办理上、下行临时通车，系统驱动临时通车继电器吸起，触发列控接口继电器吸起[8]，异物侵限区段红光带消失，列车可临时通过异物侵限区段。

3.2.3 远程试验

工务维护终端具备异物侵限远程试验功能，供工务维护人员日常维护试验或故障处理完毕试验异物侵限功能是否正常，系统具备单电网试验，双电网试验功能。当试验单电网远程试验时，工务维护人员按压电网1试验或电网2试验按钮，灾害监测系统报相应的电网断开报警，工务维护人员按压单网恢复按钮，电网断开报警解除；当试验双单网远程试验时，工务维护人员按压电网1试验按钮电网2试验按钮，系统报双电网断开报警，双电网断开试验时可进行临时通车试验，试验完毕后，现场维护人员按压现场恢复按钮，调度人员按压调度恢复按钮，系统恢复正常。

4 结束语

莞惠城际铁路所处的珠三角沿海地区，经常受到台风及暴雨袭击，同时沿线地区经济发达，多条高速公路跨铁路运行，莞惠城际灾害监测系统的应用对防范自然灾害及异物侵限对铁路运营安全的影响，保证列车运行安全起着重要的作用。随着新技术的不断发展和完善，灾害监测系统在维护铁路运营安全方面起着越来越重要的作用。