嚴寒地區高速鐵路防災系統模擬檢測裝置的設計

張明杰 范 宇 曾祥東

（沈陽鐵路局科學技術研究所，遼寧 沈陽 110013）

1 引言

高速鐵路防災安全監控系統（簡稱防災系統）作為高速鐵路安全保障的一部分，在高速鐵路的行車保障體系中起著重要的作用，是高速鐵路在線實時監測自然災害的安全保障系統，主要針對大風、暴雨、暴雪、異物侵限、地震等自然災害，能夠產生及時的報警提示并具有安全限速功能，為高速鐵路列車的運行提供安全保障作用。

我國新建高速鐵路均設計安裝了防災安全監測系統，但是與之相配套的故障檢測及分析技術的研究卻相對滯后，也就是說目前沒有足夠的測試設備和技術手段來確定正在運行的防災安全監控系統是否能夠準確的監測現場情況，及時發出預警和報警信息，進而正確啟動相應的行車管制預案。因此研究高速鐵路防災安全監測系統的故障檢測及分析技術非常必要和迫切。通過對防災安全監控系統的故障檢測，驗證系統是否達到相關技術條件要求，考核系統信息是否及時準確，確認系統功能是否滿足運用要求。進而根據檢測結果對系統進行優化調整，使其更好服務于高鐵安全運行的保障。

2 高鐵防災系統模擬檢測裝置技術方案

針對上述問題，并結合高鐵防災系統監測實時性的特點，我們采用了動態測試方法及模擬測試技術，模擬風、雨、雪等傳感器的信號輸出，觀察監控終端的顯示情況，與預期效果相比較，判斷高鐵防災系統的功能是否正常，實現系統的在線檢測。這種方法能直接地對高鐵防災系統的多方面性能進行測試和驗證，從而完成對高鐵防災系統的準確性、穩定性和可靠性測試。

圖1 高鐵防災系統模擬測試裝置原理圖

高鐵防災系統模擬檢測裝置按體系劃分可分為風子系統、雨子系統、雪子系統、異物侵限子系統（地震子系統暫時未投入使用）四個單元，我們對每個子系統分別進行前端傳感器部分以及后端監控單元至監控終端部分的檢測，即對傳感器進行數據采集，檢驗傳感器性能是否穩定、狀態是否正常、數據是否準確；對后端設備及鏈路進行測試，模擬傳感器數據，在監控單元進行數據上傳，觀察調度監控終端的相關信息和報警提示，與預期的結果做比較分析，從而驗證監控單元至監控終端的后端設備及鏈路的性能，判斷網絡是否正常、設備是否穩定、運算是否準確。

3 高鐵防災系統接口條件介紹

3.1 防災系統與運行調度系統接口

通過調度所設置的通信服務器實現與列調系統的接口，通過列車運行調度系統采用TCP/IP協議，10M/100Mbps以太網接口聯接，為相關業務調度臺提供報警、預警信息。

3.2 異物侵限現場監測設備與列控系統接口

異物侵限現場監測設備接入的防災接入點監控單元處與信號列控中心系統之間采用繼電器接口電路，通過PTYL23 12芯信號電纜連接至列控中心室外分線盤進線側，實現防災異物侵限系統與列控系統的聯動控制。

3.3 防災系統與其他線路防災監控系統的接口

具有與相鄰客運專線防災系統交換信息的功能，并預留與未來其他相鄰客運專線防災系統交換信息的功能，采用TCP/IP通訊方式實現防災系統間的互聯互通。

4 高鐵防災系統模擬檢測裝置工作原理

高鐵防災系統模擬測試裝置主要由主控電路、電源電路、USB接口電路、數據采集電路、信號輸出電路、鍵盤電路和顯示電路組成。其原理圖如圖1所示。

電源電路主要由鋰電池組、穩壓保護電路等組成。電源電路為模擬測試裝置的主控電路、信號輸出電路、鍵盤和顯示電路提供電源供給，電源電路具有不僅具有濾波功能，還提供外部充電的過壓和過流保護功能。

為了便于操作，模擬測試裝置的鍵盤和顯示電路采用了觸摸顯示屏，主要由驅動電路板和顯示屏幕組成。觸摸顯示屏采用電容屏幕，是觸摸操作和信息顯示單元，觸摸屏幕可以代替鍵盤操作多種控件傳遞控制指令，從而實現參數設置和測試操作等功能，使人機交互界面更加友好。

數據采集電路主要由通信電路、信號轉換電路組成。數據采集電路采集風、雨、雪傳感器的監測數據，并傳送至主控電路進行運算和處理，從而實現風、雨、雪傳感器的性能檢測，判斷傳感器是否工作正常。

信號輸出電路主要由通信電路、隔離保護電路組成。信號輸出電路按要求模擬風、雨、雪傳感器的數據輸出，通過監控單元將數據上傳，觀察調度監控終端的信息顯示和報警提示，以實現風速模擬測試、雨量模擬測試、雪深模擬測試和異物侵限模擬測試。

USB接口電路是計算機和外圍設備連接的最常用，也是最方便的總線接口，它支持熱插拔和即插即用，應用靈活，易于升級，全速率傳輸可達12Mb/s。USB接口電路主要完成上位計算機和模擬測試裝置交換數據的任務。

主控電路是模擬測試裝置的核心工作單元，電路硬件設計基于開放性的原則，以嵌入式系統為核心的，該系統具有豐富的硬件資源，選用三星S3C2440A處理器，32位ARM920T內核，標稱工作頻率為400MHz；配備64M的Flash存儲器與64M的SDRAM存儲器，保證了足夠快的存儲速度。選用了7寸的觸摸顯示屏，視覺效果良好，觸摸操作方便實用。主控電路主要完成傳感器數據采集、數據運算、觸摸操作控制、屏幕信息顯示、信號生成與輸出。

結語

高鐵防災系統模擬測試裝置根據高鐵防災系統的特點，采用動態模擬測試及單元測試技術，既可以對風、雨、雪等傳感器進行性能檢測，又可以模擬風、雨、雪等傳感器的信號輸出并上傳，通過觀察監控終端的顯示情況，并與預期效果相比較，判斷高鐵防災系統的功能是否正常，是一種保障高速鐵路運輸生產安全的先進機具。

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