高速鐵路防災安全監控系統數據中心的軟件防災流程設計

劉永壯

(北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073)

1 防災安全監控系統概述

對于高速鐵路而言，行車安全是首要的，防災安全監控系統是保障行車安全的重要手段之一。防災安全監控系統是架構于通信傳輸系統之上，集災害信息采集、信息處理及存儲、輔助安全行車為一體的信息平臺，主要是對危及鐵路運輸安全的自然災害（包括風、雨、地震等）及異物侵限等突發危害進行監測，并提供經處理后的災害預警信息、限速信息或停運信息等，為運營調度中心運行計劃調整、下達行車管制、搶險救援、維修提供依據，以保證列車安全正點、高效、舒適的運營。

防災安全監控系統由風雨異物等現場監測設備、監控單元、數據處理中心、工務終端、調度所終端和傳輸網絡等組成。系統結構如圖1所示。

每一個基站由若干現場監測設備和監控單元主機組成，監控單元負責從現場監測設備采集數據，并將數據發送到數據處理中心。數據處理中心收集若干個監控單元發送過來的實時監測數據并進行處理存儲，將加工后的數據發送到工務終端和調度終端。調度終端顯示的信息輔助鐵路調度人員調整行車計劃，工務終端輔助鐵路工務人員進行現場勘查和系統維護。

2 數據處理中心的職能

數據處理中心是防災安全監控系統的心臟，主要職能如下。

1）收集監控單元發送過來的災害數據，包括風、雨、異物等。風數據包括風速、風向、氣壓、溫度、濕度等。雨數據包括降雨量、降雨時間、降雨強度等；異物數據包括電網狀態、臨時行車繼電器狀態、調度同意復原繼電器狀態以及現場復原繼電器狀態等。

2）收集監控單元發送過來的設備狀態數據，包括監控單元主機自身的狀態，現場監測設備的工作狀態、UPS狀態、基站的各種電源狀態等。由于防災安全監控系統的基站和數據處理中心均是無人值守，因此將關鍵設備當前的工作狀態及時反映給維護人員就變得非常重要。

3）對監控單元的數據處理分析，生成災害報警和設備狀態報警，并將報警信息發送到調度終端和工務終端。

4）接收并處理調度終端和工務終端的操作命令，如報警確認、主備機切換或異物操作命令等。

5）數據存儲。數據處理中心要對監測數據進行歷史存儲，包括原始數據和處理加工后的數據。目前歷史數據的存儲年限是3年。存儲的數據方便日后的查詢和數據分析。

3 數據處理中心軟件設計解析

3.1 軟件體系結構

數據處理中心軟件系統結構如圖2所示。

3.2 軟件模塊的劃分

1）防災服務。防災服務負責接收處理監控單元的災害數據（包括風、雨、異物等）并生成災害報警，災害報警是整個系統中影響行車的至關重要的部分。防災服務處理的數據量較大，通常一條高速鐵路專線的基站數量從幾十到幾百不等，每個基站又承載著幾個監測點的數據。典型的防災系統監測點采集頻率如下：風監測點1 s 1次；雨監測點1 min 1次；異物監測點10 s 1次。災害報警的實時性要求很高，因此要在提高災害服務的性能上下功夫：比如程序設計上采用多線程實現；數據庫的參數配置要進行優化提高其單位時間內的存取能力；需要大量數據訪問的運算盡量放到存儲過程中去實現。防災服務的簡要流程如圖3所示。

2）設備服務。設備服務處理設備狀態數據并生成報警。設備狀態數據部分來自于監控單元（比如基站的各設備狀態），部分來自于其自身采集的數據（比如數據中心的各設備狀態）。監控單元發送到數據處理中心的設備狀態數據包括：UPS狀態、UPS切換器狀態、主機狀態、監測點通道狀態等。設備服務自身采集的數據包括：各網絡設備的網絡狀態、交換機端口狀態、數據庫連接狀態、監測點連接狀態（數據超時）、數據處理中心UPS狀態、數據處理中心服務器運行狀態（包括CPU、內存、存儲空間等）。

設備報警不直接影響行車，主要是為設備維護單位的設備檢修提供參考。但如果設備故障未及時得到處理，終將會影響行車甚至造成行車事故。

設備服務的簡要流程如圖4所示。

3）災害監控界面。其面向防災服務產生的數據，實時將各監測點的狀態及報警信息展現出來。災害監控界面通常采用圖形化的方式將監測點和基站鋪畫出來，通過圖素的形狀、顏色區別監測點的類型及狀態，如圖5所示。

如圖6所示，該圖標表示F183+896公里標處有風監測點和雨監測點。上面的小旗子標識風監測點，下面的太陽表示雨監測點。圖6中當前表達的狀態均為正常，無任何報警。產生報警時，圖形將根據報警級別變化顏色及形狀。另外，有報警產生時，將在報警對話框中顯示相應報警并要求人工報警確認。如圖7所示。

4）設備維護界面。設備維護界面面向設備服務產生的數據，通常以圖形化的方式鋪畫設備狀態圖并同時配以報警對話框展示報警數據。界面風格與災害監控界面類似。

5）報表查詢。報表查詢面向數據庫，為用戶提供災害數據以及設備狀態數據的歷史查詢，包括原始數據以及統計后的數據（如日報、月報、年報等）。報表的展現方式通常有兩種：表格和圖形。有些數據類型比如風數據的歷史數據量很大，通過建立數據庫索引以及合理的運用存儲過程可顯著提高其查詢性能。

6）數據庫設計。這里討論的數據庫是指關系型數據庫。數據庫設計主要體現在兩個方面：數據表設計及存儲過程設計。數據表主要內容如下。

基站表（基站ID、基站名稱、公里標、主機IP地址……）；

監測點表（監測點ID、監測點名稱、監測點類型、基站ID……）；

風表（監測點ID、風速、溫度、時間戳……），保存48 h內的數據；

雨表（監測點ID、降雨累計量、降雨強度、時間戳……）；

異物表（監測點ID、異物狀態、時間戳…… ）；

報警表（監測點ID、報警類型、報警級別、報警描述、開始時間、結束時間……）；

除以上數據表外，還有風日報表、風月報表、風年報表、雨日報表、雨月報表、雨年報表、用戶表、崗位表、用戶登錄日志表等。

存儲過程如下。

日報表統計存儲過程：產生風日報數據、雨日報數據。24 h運行一次。

月報表統計存儲過程：產生風月報數據、雨月報數據。每月運行一次。

年報表統計存儲過程：產生風年報數據、雨年報數據。每年運行一次。

4 結束語

防災安全監測系統在高速鐵路行車安全中發揮著重要作用。該系統目前尚屬于新生事物，還在不斷發展和完善的過程中。在近幾年的實際應用中暴露出的需要研究和克服的主要問題：戶外監測設備的準確性和穩定性問題，戶外設備由于現場環境條件惡劣，受干擾因素多，容易造成監測數據的誤差甚至誤報；報警規則待完善的問題：風報警和雨報警產生及解除的規則，受當地氣候、地勢、地質、車體等多方面的影響，不是一個一刀切的問題。如何科學制定報警規則，能在保證行車安全的前提下充分提高行車效率，將是很長時間內一個重要研究課題；防災安全監控系統監測的范圍將逐步擴大。目前國內已建高速鐵路線路中監測的內容主要是風、雨、異物。除此以外，地震監測也已經提上日程并將在新建線路中付諸實施。雪深監測也在研究和探討中；另外，防災安全監控系統和當地氣象局、地震局等專業防災部門的信息接口也有望在將來得以實施。