一種改進的鐵路異物侵限監測方案研究

劉 洋

（鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251）

隨著我國高速鐵路的不斷發展與列車運行速度的不斷提高，對保障鐵路行車安全的防災安全監控措施提出越來越高的要求。異物侵限事件的發生具有突發性、無規律可循、不可預測等特點，嚴重影響行車安全，甚至會造成車毀人亡的災難性后果。因此，如何高效、安全、可靠的對異物侵限事件進行監測，已成為鐵路建設必須面對的重要課題。本文通過對現有異物侵限監測方案的對比、分析，對目前工程中采用最廣的雙電網監測方案進行改進、優化，提出一種基于智能雙電網技術的異物侵限監測新方案。

1 現有異物侵限監測技術與方案

現有的異物侵限監測技術主要分為非接觸式監測方案和接觸式監測方案。其中，非接觸式監測方案主要包括雷達探測技術、紅外探測技術、智能視頻內容分析技術等；接觸式監測方案主要包括雙電網監測技術和光纖光柵探測技術。

通過廣泛的試驗和工程應用，實踐證明非接觸式異物侵限監測方案有監測距離遠、范圍廣、受地形影響小、便于安裝、易維護，可對落入監測區域的異物進行特征識別等優點。但非接觸式探測技術存在的入侵判斷復雜，易受光線、飄浮物以及自然環境干擾，誤報率相對較高，可靠性低等致命缺點，是導致其在鐵路工程中應用相對較少的主要原因。

接觸式異物侵限監測方案，特別是雙電網監測技術，憑借其監測信號更準確、穩定，抗干擾能力強，可準確定位故障及報警位置，系統可靠性高，工程造價相對較低，結構簡單，易安裝等優點，得以在鐵路工程中廣泛應用。

2 目前雙電網監測技術存在的問題

雙電網傳感器主要由防護網、探測電纜和電纜終端器組成。電纜兩端分別連接發送和接收不同頻率模擬信號的發送器和接收器。接收器實時接收來自發送器發送的固定頻率的模擬信號。當兩個接收器均可接收到信號時，表示系統運行正常；當一根電網斷線時，系統發出預警信息，不觸發列控系統；當二根電網同時斷線時，系統發出報警信息，同時聯動觸發列控系統，使列車緊急制動。

在實際使用過程中，仍存在系統不穩定，誤報率高等問題。通過對誤報原因的逐一分析，除去設備質量、施工工藝等方面的因素外，常見故障主要集中在UPS故障、雙電網傳感器故障以及通信故障等方面引起的誤報警。針對以上問題，本文提出一種基于智能雙電網的異物侵限監測新方案。

3 改進后基于智能雙電網的異物侵限監測方案

3.1 方案構成

改進后的異物侵限監測方案現場采集設備主要由防護網（內含智能電網傳感器）和控制主機等部分組成，其中控制主機包括前置器與異物識別模塊，前置器完成信號的收發、濾波、補償、抗干擾等功能，異物識別模塊完成波形分析與報警判定等功能。

3.2 工作原理

智能雙電網傳感器的工作原理是在防護網上下兩層各布一層網（A層、B層），當外力（如落物）砸破防護網時，A、B層斷裂不同的時序形成了獨特的斷裂波形，如圖1所示。

建立了AB波型數據庫，對AB波型進行濾波、傅里葉變換等處理，提取出AB電網斷裂時的幅值分量和頻率分量的獨有性如圖2所示。根據防誤觸發時序檢測法，來判定報警是否確實為異物侵限事件，發出異物侵限報警信息或設備故障信息。

改進后的智能雙電網傳感器使信號更加準確、穩定，可以精準識別異物的入侵，排除斷電、電線腐蝕、接頭松動、雷電、蟲鼠、電磁干擾、人工破壞等情況，將誤報率減少一個數量級。

同時，如圖3、4所示，整個防護網的設計采用入侵控制技術，即根據集中載荷分布設計防護網的結構及材料配比，以達到防護網在受到破壞時，按設計好的方式與時序進行斷裂，以便智能雙電網監測傳感器輸出最佳信號。

同時，考慮到防護網長期在野外環境中工作，防腐蝕、抗老化、防蟲鼠、防盜等尤為重要，改進后的檢測網選用包括二氧化硅、苯聚脂、乙二醇等在內的高分子復合材料進行制作。改進后的防護網可滿足抗老化、耐腐蝕以及絕緣、阻燃等方面的性能要求。

3.3 安全電路

異物侵限報警是優先級別最高的報警，一旦異物侵限報警，監控單元直接會控制異物侵限繼電器（YWJ）落下，導致列車停車。因此，異物侵限監控子系統要求高度安全可靠，才能滿足應用要求。

為保證智能雙電網的可靠性，AB電網設置采用雙冗余設計，傳感器信號的采集使用二乘二取二的設計，充分保證其可靠性。

為保證系統安全性，異物侵限控制電路采用模擬器件和繼電器電路搭建，與列控中心接口采用安全繼電器。

模擬電路搭建的電網板產生動態信號后，發送端發送到室外電網傳感器，接收端從電網傳感器上接收信號，驅動現場落物繼電器（LW1/LW2）,將落物繼電器串入列控中心采集的YWJ的安全繼電電路中，實現了異物侵限的安全繼電電路。

監控單元和列控中心接口的落物繼電器（LWJ）電源由監控單元提供。落物繼電器采用JWXC-1700安全型繼電器 ，其吸起電壓是DC16.9～36 V。為了提高落物繼電器的可靠性，監控單元采用2個DC24～60 V 可調電源作為落物繼電器的驅動電源，保證了落物繼電器電源的穩定可靠。

4 結束語

本文提出一種基于智能雙電網的異物侵限監測新方案，方案的可實施性及優化，有待工程應用中進一步驗證、完善。

[l]何華武．創新的中國高速鐵路技術(上) [J]．中國工程科學，2008(9):42-43．

[2]何華武．創新的中國高速鐵路技術(下) [J]．中國工程科學，2008(10) :34-35．

[3]趙樹學．客運專線、高速鐵路異物侵限監測方案優化[J]．鐵路通信信號工程技術，2010（5):25-28．

[4]王彤，史宏，王前，等. 客運專線異物侵限監控系統技術的研究[J]．鐵路計算機應用，2009(7):8-10．