災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)在莞惠城際鐵路的應(yīng)用

培亮

(北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

隨著我國高速鐵路和城際鐵路的不斷發(fā)展，鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)）[1]的技術(shù)水平在不斷進(jìn)步，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善。莞惠城際鐵路是珠三角城際軌道交通的重要組成線路，線路起始于東莞道滘站止于惠州小金口站，莞惠城際鐵路沿線地區(qū)屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候，冬季無嚴(yán)寒，夏季濕熱多雨，主要災(zāi)害性天氣為強(qiáng)臺風(fēng)及暴雨；同時(shí)，莞惠城際鐵路位于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠三角地區(qū)，高速公路密集，多條高速公路跨鐵路運(yùn)行，易受異物侵限災(zāi)害的影響。莞惠城際災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)對鐵路沿線風(fēng)、雨、公路跨鐵路異物侵限進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對災(zāi)害信息進(jìn)行分析、處理，當(dāng)監(jiān)測的信息值超過報(bào)警閥值或接近報(bào)警閥值時(shí)進(jìn)行報(bào)警和預(yù)警，使鐵路運(yùn)營部門及時(shí)掌握鐵路沿線自然災(zāi)害及異物侵限情況并采取保護(hù)措施，保證鐵路行車安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 莞惠城際災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

莞惠城際鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)由風(fēng)監(jiān)測子系統(tǒng)、雨量監(jiān)測子系統(tǒng)、異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)采用線路中心系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備兩級架構(gòu)，在廣鐵集團(tuán)信息所中心機(jī)房設(shè)置災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備1套，沿線設(shè)置13套監(jiān)控單元、8處風(fēng)監(jiān)測點(diǎn)、5處雨監(jiān)測點(diǎn)、2處異物侵限監(jiān)測點(diǎn)，在莞惠城際調(diào)度臺設(shè)置1套調(diào)度終端，同時(shí)在信息所、工務(wù)處、工務(wù)段、通信段等部門設(shè)置維護(hù)終端。災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)于鐵路通信SDH(MSTP)傳輸系統(tǒng)之上，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理中心與現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備信息交互，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理中心通過對監(jiān)測信息的收集、分析、處理并生成災(zāi)害報(bào)警、限速或停運(yùn)等信息，為調(diào)度部門調(diào)整運(yùn)行計(jì)劃、下達(dá)行車管制提供依據(jù)，設(shè)備維護(hù)部門通過維護(hù)終端設(shè)備實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)處理設(shè)備故障。莞惠城際災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 莞惠城際鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of disaster monitoring system for Dongguan-Huizhou intercity railway

2.1 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備

莞惠城際災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備[2]由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、接口服務(wù)器、NTP服務(wù)器、磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、維護(hù)終端、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備組成。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用雙機(jī)集群配置，配備存儲設(shè)備，內(nèi)設(shè)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)各功能子系統(tǒng)的相關(guān)監(jiān)控信息表，存儲各種監(jiān)測信息、報(bào)警數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)等。

應(yīng)用服務(wù)器將各監(jiān)控單元上傳的監(jiān)測信息及設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行處理[3]，生成災(zāi)害報(bào)警及設(shè)備故障報(bào)警，將災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的各種監(jiān)測信息、設(shè)備狀態(tài)信息等存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)發(fā)送到終端及接口服務(wù)器。

接口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)交換；實(shí)現(xiàn)與其他相鄰線路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的信息交互；實(shí)現(xiàn)與鐵路局外部系統(tǒng)如國家地震臺網(wǎng)、氣象部門系統(tǒng)等的信息交互。

NTP時(shí)鐘服務(wù)器從廣鐵調(diào)度所通信二級母鐘獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備及現(xiàn)場監(jiān)控單元的時(shí)間同步功能。

2.2 終端功能劃分

災(zāi)害監(jiān)測終端按操作功能劃分為調(diào)度終端和維護(hù)終端。調(diào)度終端實(shí)時(shí)顯示管轄范圍內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)及相鄰線路相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測、預(yù)警、報(bào)警及運(yùn)營管理建議等信息，具備雨報(bào)警解除功能，具備發(fā)送臨時(shí)通車、調(diào)度恢復(fù)等異物侵限控制命令的功能。維護(hù)終端實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測、預(yù)警、報(bào)警信息及運(yùn)營管理建議。維護(hù)終端實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備狀態(tài)、監(jiān)控單元、現(xiàn)場采集設(shè)備工作狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及故障報(bào)警信息，具備對各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表按時(shí)段、類型等條件進(jìn)行檢索、查詢、打印、導(dǎo)出等功能，異物侵限等遠(yuǎn)程試驗(yàn)功能，短信通知功能。

2.3 現(xiàn)場采集設(shè)備

現(xiàn)場采集設(shè)備由室內(nèi)監(jiān)控單元和室外風(fēng)、雨、異物侵限傳感器、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸箱、軌旁控制箱構(gòu)成。監(jiān)控單元由監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)測功能模塊、UPS電源、異物侵限繼電組合、防雷等設(shè)備組成。監(jiān)控單元是災(zāi)害信息的關(guān)鍵接入設(shè)備，為使設(shè)備具有兼容性，支持不同類型，不同數(shù)量的硬件透明接入[4]，監(jiān)控單元采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)基站情況接入不同的通信模塊。監(jiān)控單元實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)信息，包括外部供電狀況、UPS電源狀態(tài)、監(jiān)控單元主備機(jī)狀態(tài)、繼電器狀態(tài)、基站開關(guān)電源、傳感器狀態(tài)信息，并將設(shè)備狀態(tài)信息傳送至監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備，現(xiàn)場監(jiān)控單元結(jié)構(gòu)如圖2所示。監(jiān)控單元將采集自氣象傳感器輸出的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、雨量，異物侵限雙電網(wǎng)狀態(tài)等信息進(jìn)行初步處理，并將信息傳送至監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備；監(jiān)控單元接收并執(zhí)行由調(diào)度維護(hù)終端下達(dá)的上下行臨時(shí)通車、調(diào)度恢復(fù)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)等操作。

圖2 現(xiàn)場監(jiān)控單元結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure chart of field monitoring unit

2.3.1 風(fēng)、雨氣象采集

風(fēng)、雨現(xiàn)場采集設(shè)備由風(fēng)速風(fēng)向計(jì)、雨量計(jì)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸箱、傳輸電纜組成。風(fēng)速風(fēng)向計(jì)、雨量計(jì)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)箱安裝在接觸網(wǎng)支柱上，傳感器采集風(fēng)、雨信息通過數(shù)字信號電纜傳送至就近基站監(jiān)控單元，接口方式為標(biāo)準(zhǔn)RS-485模式，風(fēng)監(jiān)測點(diǎn)配置兩臺非機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向計(jì)，雨監(jiān)測點(diǎn)采用單臺雨量計(jì)配置。

2.3.2 異物侵限電路及接口

1）異物侵限繼電電路

異物侵限繼電接口電路由AX安全型繼電器（常態(tài)吸起）組成[5]，滿足故障導(dǎo)向安全設(shè)計(jì)理念。異物侵限繼電接口電路由電網(wǎng)1繼電器（LWJ1）、電網(wǎng)2繼電器（LWJ2）、臨時(shí)通車?yán)^電器、現(xiàn)場恢復(fù)繼電器、調(diào)度恢復(fù)繼電器、電網(wǎng)試驗(yàn)繼電器、信號系統(tǒng)接口繼電器、異物侵限監(jiān)測電網(wǎng)傳感器等組成。異物侵限監(jiān)測電網(wǎng)傳感器安裝于上跨城際鐵路立交橋兩側(cè)，由單片異物侵限監(jiān)測電網(wǎng)串聯(lián)而成。電網(wǎng)1繼電器、電網(wǎng)2繼電器均采用偏極繼電器，分別與室外異物侵限電網(wǎng)傳感器、導(dǎo)通二極管、防雷等連接，通過軌旁控制箱形成閉環(huán)回路，實(shí)現(xiàn)對室外監(jiān)測區(qū)段的實(shí)時(shí)監(jiān)測，如圖3所示。

圖3 異物侵限繼電電路與電網(wǎng)傳感器連接圖Fig.3 Connection diagram between foreign object invasion relay circuit and grid sensor

2）與信號系統(tǒng)接口

異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)和信號系統(tǒng)采用繼電器接口，信號系統(tǒng)設(shè)置異物侵限繼電器（YWJ），其型號為JXWC-1700。異物侵限繼電器由異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，常態(tài)為吸起，落下時(shí)信號系統(tǒng)按發(fā)生異物侵限災(zāi)害進(jìn)行防護(hù)[6]。當(dāng)室外監(jiān)測電網(wǎng)單網(wǎng)斷開時(shí)，相應(yīng)監(jiān)測電網(wǎng)繼電器落下，災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)單電網(wǎng)故障；當(dāng)雙電網(wǎng)同時(shí)斷開時(shí)，電網(wǎng)1繼電器、電網(wǎng)2繼電器同時(shí)落下，系統(tǒng)報(bào)發(fā)生異物侵限事件，同時(shí)觸動(dòng)信號系統(tǒng)異物繼電器落下，信號系統(tǒng)采取防護(hù)措施，同時(shí)回采信號系統(tǒng)異物侵限接口繼電器狀態(tài)；當(dāng)需要辦理臨時(shí)通車業(yè)務(wù)時(shí)，上/下（SLTJ/XLTJ） 臨 時(shí) 通 車?yán)^電器吸起，觸動(dòng)信號系統(tǒng)異物繼電器吸起，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)通車功能。異物侵限電路與信號異物侵限繼電器接口連接，如圖4所示。

3 災(zāi)害監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)

3.1 風(fēng)、雨監(jiān)測及報(bào)警

災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)將接收的瞬時(shí)風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、雨量等信息進(jìn)行匯總分析處理，在終端線路界面上相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)顯示監(jiān)測信息。當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)風(fēng)速、降雨量達(dá)到系統(tǒng)設(shè)置的報(bào)警條件時(shí)，終端界面中圖標(biāo)閃爍同時(shí)提示語音報(bào)警，根據(jù)不同的報(bào)警級別，風(fēng)、雨圖標(biāo)會顯示相應(yīng)報(bào)警級別顏色，影響區(qū)段顯示對應(yīng)報(bào)警顏色，報(bào)警信息框顯示報(bào)警監(jiān)測點(diǎn)、報(bào)警時(shí)間、影響區(qū)段、限速區(qū)段、運(yùn)營管理建議等信息。

圖4 異物侵限繼電電路與信號異物繼電器聯(lián)動(dòng)圖Fig.4 linkage diagram of foreign object relay circuit and signal foreign object relay

系統(tǒng)接收風(fēng)速值超過報(bào)警閾值并持續(xù)10 s后，監(jiān)測終端發(fā)出報(bào)警信息，當(dāng)接收的數(shù)據(jù)低于報(bào)警閾值并持續(xù)10 min后，風(fēng)速報(bào)警自動(dòng)解除。雨量監(jiān)測包括監(jiān)測點(diǎn)里程信息，10 min降雨量、小時(shí)降雨量、24 h降雨量、連續(xù)降雨量等信息[7]。當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)雨量達(dá)到報(bào)警條件時(shí)，發(fā)出報(bào)警等級、限速區(qū)段、運(yùn)營管理建議等信息。當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)達(dá)到降級和解除條件時(shí)，系統(tǒng)顯示降級和解除報(bào)警信息。調(diào)度終端確認(rèn)雨量報(bào)警降級和解除報(bào)警功能后，維護(hù)終端解除當(dāng)前雨量報(bào)警。

系統(tǒng)支持風(fēng)、雨監(jiān)測點(diǎn)柱狀圖顯示，能夠直觀顯示全線風(fēng)、雨監(jiān)測點(diǎn)信息。同時(shí)，維護(hù)終端能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)、雨監(jiān)測點(diǎn)的日報(bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表及風(fēng)向統(tǒng)計(jì)查詢，并生成報(bào)警統(tǒng)計(jì)及報(bào)警詳情，為系統(tǒng)維護(hù)提供方便。

3.2 異物侵限功能

3.2.1 電網(wǎng)故障報(bào)警

單電網(wǎng)斷開時(shí)，相應(yīng)電網(wǎng)繼電器落下，災(zāi)害監(jiān)測終端報(bào)相應(yīng)電網(wǎng)斷開，終端提示單電網(wǎng)故障，單電網(wǎng)斷開不觸發(fā)列控繼電器動(dòng)作。雙電網(wǎng)斷開時(shí)，電網(wǎng)1繼電器、電網(wǎng)2繼電器均落下，災(zāi)害監(jiān)測終端報(bào)雙電網(wǎng)斷開，災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)發(fā)生異物侵限，觸發(fā)列控接口繼電器落下，受異物侵限保護(hù)區(qū)段產(chǎn)生紅光帶，列控系統(tǒng)做出相應(yīng)防護(hù)，使行駛列車到達(dá)受異物侵害區(qū)段時(shí)及時(shí)停車，避免事故發(fā)生。

3.2.2 臨時(shí)通車

異物侵限報(bào)警后，調(diào)度終端臨時(shí)通車按鈕變成可用狀態(tài)。維護(hù)人員接收異物侵限報(bào)警后及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行故障處理，當(dāng)軌面落物清理完畢但電網(wǎng)傳感器未及時(shí)修復(fù)時(shí)，在確認(rèn)不影響行車時(shí)，調(diào)度人員可以辦理臨時(shí)通車業(yè)務(wù)，調(diào)度人員可按下臨時(shí)按鈕，辦理上、下行臨時(shí)通車，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)臨時(shí)通車?yán)^電器吸起，觸發(fā)列控接口繼電器吸起[8]，異物侵限區(qū)段紅光帶消失，列車可臨時(shí)通過異物侵限區(qū)段。

3.2.3 遠(yuǎn)程試驗(yàn)

工務(wù)維護(hù)終端具備異物侵限遠(yuǎn)程試驗(yàn)功能，供工務(wù)維護(hù)人員日常維護(hù)試驗(yàn)或故障處理完畢試驗(yàn)異物侵限功能是否正常，系統(tǒng)具備單電網(wǎng)試驗(yàn)，雙電網(wǎng)試驗(yàn)功能。當(dāng)試驗(yàn)單電網(wǎng)遠(yuǎn)程試驗(yàn)時(shí)，工務(wù)維護(hù)人員按壓電網(wǎng)1試驗(yàn)或電網(wǎng)2試驗(yàn)按鈕，災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)相應(yīng)的電網(wǎng)斷開報(bào)警，工務(wù)維護(hù)人員按壓單網(wǎng)恢復(fù)按鈕，電網(wǎng)斷開報(bào)警解除；當(dāng)試驗(yàn)雙單網(wǎng)遠(yuǎn)程試驗(yàn)時(shí)，工務(wù)維護(hù)人員按壓電網(wǎng)1試驗(yàn)按鈕電網(wǎng)2試驗(yàn)按鈕，系統(tǒng)報(bào)雙電網(wǎng)斷開報(bào)警，雙電網(wǎng)斷開試驗(yàn)時(shí)可進(jìn)行臨時(shí)通車試驗(yàn)，試驗(yàn)完畢后，現(xiàn)場維護(hù)人員按壓現(xiàn)場恢復(fù)按鈕，調(diào)度人員按壓調(diào)度恢復(fù)按鈕，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語

莞惠城際鐵路所處的珠三角沿海地區(qū)，經(jīng)常受到臺風(fēng)及暴雨襲擊，同時(shí)沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，多條高速公路跨鐵路運(yùn)行，莞惠城際災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用對防范自然災(zāi)害及異物侵限對鐵路運(yùn)營安全的影響，保證列車運(yùn)行安全起著重要的作用。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)在維護(hù)鐵路運(yùn)營安全方面起著越來越重要的作用。