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项目概述该高铁线路是国家规划的“四纵四横”快速客运网的重要组成部分，线路全长300多公里。沿线为亚热带季风性气候，冬季干旱，夏季多雨，干湿交替，四季分明。每年6~9月为汛期。年平均气温14.6℃~16.4℃，极端最低气温-12.9℃~-24℃;极端最高气温43.3℃。春夏多东南风，秋冬多西北风。风力最大8~9级，风速21~25m/s。对于铁路运输而言，行车安全是第一位的,特别是对于高速铁路。随着列车运行速度的提高，可能遇到的各种危险因素也在增多。该高铁线路易受大风、暴雨的影响，为了保障行车安全，提高运输效率，需建设包括风、雨的气象监测系统，使高速铁路具备在大风、暴雨气象条件下抵御灾害的能力。另外，过去列车以低速运行时，以人为驾驶为主，当线路上有障碍物时，从目视发现到列车制动停止，时间和距离上尚可保证安全，意外较少。当高速铁路列车以250km/h及以上的速度运行时，目视瞭望已不能保证行车安全，危险大大增加。因此，需要考虑落物对行车的影响。针对以上需求，该高铁线路的防灾安全监控系统包括风监测子系统、雨量监测子系统和异物侵限监控子系统三个子系统，该防灾安全监控系统包括，15个风监测点，6个雨监测点和34个异物监测点，并预留了雪深监测和地震监控子系统的接入条件。总体方案设计防灾监控系统是架构于通信传输系统之上的一套集灾害信息采集、分析、处理和指导、辅助安全行车的平台，主要是对危及铁路运输安全的自然灾害及异物侵限等突发危害进行监测，并提供经处理后的灾害预警信息、限速信息或停运信息等，为运营调度中心运行计划调整、下达行车管制、抢险救援、维修提供依据，以保证列车安全正点、高效、舒适。防灾安全监控系统采用统一的处理平台，由调度所设备、监控数据处理设备、监控单元、现场各监测设备及通信网络设备构成。系统总体构成如图1所示。图1系统总体构图·在各现场监测点设置风、雨以及异物侵限现场监测设备;·在邻近现场监测设备的GSM-R基站、车站等的机房内设置现场监控单元，根据所接入的现场监测传感器种类的不同，分别配置风、雨以及异物侵限监测的监控单元主机;·在工务段机房设置监控数据处理设备，在路局工务处设置工务终端;·在调度所设置调度所设备，在调度所行调台设置防灾监控终端;·各监控单元与综合工区、调度所间通过传输网络设备构成传输网络，在局界处的传输网络冗余覆盖至临界基站;·防灾监控系统在完成异物侵限功能的现场监控单元处通过继电接口直接与列控系统连接。系统架构现场监控单元风监测子系统现场监测设备由风速风向仪、远程数据传输单元等组成。风现场监测设备通过风监测传感器采集监控点现场的风速、风向、气温、气压等信息，并编码后传送给临近基站配置的现场监控单元。雨监测子系统现场监测设备由雨量计、远程数据传输单元等组成。雨现场监测设备通过风监测传感器采集监控点现场的雨量信息，并编码后传送给临近基站配置的现场监控单元。异物侵限监控子系统现场监测设备由双电网传感器、轨旁控制器等组成。现场异物侵限监测设备主要是对沿线公跨铁桥梁进行监测，通过双电网传感器对公跨铁路桥的落物进行监测，并将报警信息传送到临近基站配置的现场监控单元。现场监控单元为机柜式设备，一般采用模块化结构，风、雨、异物侵限监控等各功能子系统均可与监控单元连接，满足风向风速监测、雨量监测、落物监测等子系统的接入和监控，同时预留其它灾害监测子系统扩展接口。现场监控单元接收由各个监测点远程数据传输单元传来的数据和信息，过滤掉其中无效的数据和信息，并对数据进行初步的处理，滤除干扰数据，将其中的有效数据和信息转发给监控数据处理设备。监控单元主要功能有以下几个方面。·现场监控单元同时接入多个不同种类传感器的数据;·完成风速(含风向、气温、气压)、降雨量、异物侵限子系统信息等监测信息的采集、缓存、分析和相应的数据处理;·将风速、降雨量等监测信息的实时状态信息传送至监控数据处理设备;·在发生异物侵限时，监控单元触发列控系统，使列车自动停车;·具备自检和对监测设备工作状态的检测功能;同时，能够将故障信息上传至监控数据处理设备并接受监控数据处理设备的集中检测管理。监控数据处理设备监控数据处理设备由数据服务器、应用服务器、通信服务器、磁盘阵列、网络交换机、网络安全设备、维护终端等设备组成。其中数据服务器、应用服务器、通信服务器、网络交换机、网络安全设备等都采用双机热备模式，保障作为整个系统中心的监控数据处理设备的安全、可靠。监控数据处理设备功能有以下几点。·监控数据处理设备实时接收各监控单元传送来各种监测信息，并对监测信息进行存储、分析处理、显示、打印等;·按设定的报警门限值和信息处理规程，对风、雨、异物侵限监测信息进行分析处理，根据灾害强度，生成各类报警、预警信息以及相应的行车管制预案并传送至工务终端和调度所防灾监控终端;发生灾害时，弹出报警界面，提醒工务段人员及时采取相应应对措施;提示调度所统一指挥，积极处理并排除预警的潜在灾害或报警的已发生灾害;·存储风、雨、异物侵限监测数据和报警、预警及设备故障信息;各类报警、预警信息的内容包括灾害种类、报警和预警时间、灾害级别、行车管制预案等;·具备对各类信息按指定时段的统计分析功能，并为维护管理人员提供监测报警、预警及设备故障等信息的查询显示和报表输出功能;·提供监测信息维护、系统运行参数配置、用户权限管理及访问日志等在内的系统管理功能;·具有自检和对监测设备、监控单元的故障进行监测以及将故障报警信息传送至工务终端的功能;各工务段终端实现系统设备自身故障定位和故障报警显示、历史记录查询等;·预留与综合维修基地管理信息系统的接口，并提供灾害信息;·预留与国家气象部门的对外通信接口，接收灾害预报、预警信息。调度所设备调度所设备分别由防灾监控终端、通信服务器、UPS电源等设备构成。监控终端以文本、图形等方式显示风、雨、异物侵限等灾害的报警、预警信息及相应的行车管制预案，并提供音响报警。调度所设备的主要功能是为调度人员提供防灾信息，给出行车建议，同时辅助灾害发生后的恢复功能等。工务终端工务终端由工务终端设备、告警箱、UPS电源等组成。工务终端以图形、文本并音响报警等方式，提供风、雨、异物侵限及设备故障等报警、预警信息和相应的维护预案，并具有信息查询和报表输出功能。具备对管辖范围内异物侵限监控子系统设备的工作状态进行远程试验的功能，并且远程试验必须能够真实模拟双电网传感器的状态。系统功能及应用风监测风监测子系统包括大风监测报警及预警。大风监测子系统可实时监测铁路沿线风速风向，经过系统分析和判断，为行车指挥控制系统提供合理的行车速度限制指令信息，或者作为相关部门启动应急预案提供决策依据。运用这种系统技术，既可以降低大风对铁路行车的影响和危害程度，也兼顾了保证最大程度的行车效率。大风监测报警，风监测报警功能指系统在测量的3秒平均风速达到一定阈值门限后系统发出报警信号，在测量风速小于一定阈值门限后解除报警。发出报警时限为风速达到报警门限不大于10秒钟报警;解除报警时限为大风降级后不大于10分钟。风速风向实时监测报警功能是大风监测子系统的基础功能，每个风监测点采用双套独立的风速风向计保证监测灾害信息发生的可靠性。大风监测功能由风速传感计、监控单元、应用服务器与调度监控终端共同实现。风速传感计：安装在铁路沿线大风危害区段，用于实时采集风速风向信息;监控单元：接收风速传感计的实时数据上报，并上送至应用服务器进行数据分析处理;应用服务器：接收各监控单元实时风速信息，对风监测信息进行分析处理后，根据灾害强度，生成各类报警、预警信息以及相应的行车管制预案并传送至工务终端和调度所防灾监控终端;防灾监控终端：用于显示和调度员操作的终端，实时显示风速风向信息，报警信息、预警信息以及报警级别与报警行车速度限制。大风报警门限参照《客运专线防灾安全监控系统总体技术方案(暂行)》要求，设置如下表1。防灾监控系统具备大风预警功能。系统通过对风季历史风监测数据进行挖掘和分析，可提前2分钟-5分钟对未来强风进行预警，预警值和未来实测值的平均误差不超过±10%。列车调度员根据大风预警信息，借助调度电话或者临时限速操作终端，设置临时限速，使列车限速运行。雨量监测雨量监测和报警采取“小时降雨量”及“24小时降雨量+小时降雨量监测”报警。在调度所监控终端上显示雨量监测报警信息及其对应的行车管制预案，调度员借助列控系统临时限速终端，以设置和取消临时限速为手段，使列车限速运行。异物侵限监控异物侵限监控子系统现场监测设备由双电网传感器、轨旁控制器等组成。防灾监控系统的异物侵限监控子系统监测侵入铁路限界的异物，触发列控系统接口使列车产生紧急制动，在发生异物侵限事故所对应的闭塞分区外方停车。异物侵限监控子系统的双电网传感器对异物侵入铁路限界进行监控，双电网传感器一根电网断线时，防灾监控系统发出报警;双电网传感器二根电网同时断线时，防灾监控系统在发出报警的同时触发列控系统接口，使列车产生紧急制动。系统特点高安全可靠性防灾安全监控系统与控车相关的设备采用2X2取2架构设计，接口采用动态电路驱动重力继电器，具有故障-卡断功能，符合故障-安全原则;系统整体采用冗余架构设计，符合铁路防雷、电磁兼容和现场环境运用相关标准，可适应-40℃~+70℃环境下的使用。消除信息误报、漏报防灾安全监控系统中，风传感器采用双套布置，对双套风速风向仪采集的数据进行比较判别，根据趋势分析滤除意外干扰;异物侵限采用双电网监控，保证信息准确可靠，消除误报漏报。系统对一个风季历史风监测数据进行挖掘和分析，可提前2分钟-5分钟对未来强风进行预警，预警值和未来实测值的平均误差不超过±10%。监控单元、服务器和关键终端冗余配置整个系统的现场监控单元采用全套部件冗余配置，采用双路UPS、均流冗余的电源层为系统供电，系统的各类硬件板卡都采用双套热备，板卡间切换采用安全切换继电器和通信判断双保险保证无缝切换，板卡支持热插拨，低功耗无操作系统设计，具有高可靠性。系统的应用服务器、数据库服务器、调度所监控终端、通信服务器等采用双机热备，无缝切换，保证系统稳定可靠;磁盘阵列支持N+1热备，保证数据存储安全。传感器采用免维护传感器防灾监控系统的风速风向仪、雨量计采用免维护式传感器，传感器本身无机械部件，可做到免维护长期使用，并具备IP65高防护等级。降低工务人员到野外对设备进行维护的工作。异物侵限监测传感器采用无源电网方式，室外没有电路板和电子器件，无须供电，可耐高温湿热环境，电缆采用防紫外线防腐蚀防护层，可做到免维护长期使用。远程集中监测和故障诊断维修防灾监控系统具有良好的远程集中监测和故障诊断功能，并支持关键部件的远程管理。系统支持从监控数据处理设备上查询远程监控单元的软件状态、配置数据、各板卡状态和网络状态，支持远程监测和管理整个防灾监控系统的交换机、服务器和终端主机，可远程查询各监控单元的UPS运行情况，可查询各传感器运行状态，在维护终端上以文本和图形方式一目了然整体系统运行情况并进行管理。结语由于高速铁路运行速度快，可能遇到的危险因素也将增多，采用防灾安全监控系统能够有效的防范风险、规避灾害，通过将各类灾害基础数据的实时传送汇集，调度中心按照灾害处理规程给出预警处理建议和方案，将建议和方案传送至各相关业务调度台，并在相关区域运行的列车上显示，保证列车的正常运行。