1、高铁防灾系统传感器在线监测装置的研究 王秋鹏 西安铁路职业技术学院 摘 要： 随着我国铁路大规模的技术革新, 高铁在运行速度和操作系统方面都得到了综合提升。在保障行车当面, 党在系统具有极其重要的意义。本文针对高铁放在系统传感器在线监测装置进行分析, 旨在高铁运行时增加其安全性和稳定性。关键词： 高铁防灾系统; 传感器; 在线监测装置; 作者简介：王秋鹏 (1980-) , 男, 硕士研究生, 西安铁路职业技术学院, 副教授。收稿日期：2017-09-18Received： 2017-09-18伴随着“和谐号”系列的高速铁路的建造及研究, 铁路在运行速度上得以极大提升。因此对于安全系统的要求更
2、加严格。高铁防灾系统作为铁路运行极为重要的安全保障系统, 其在线监测功能的灵敏度决定着运行环境是否安全。因此防灾系统传感器的工作状态关系着整个运行计划是否能够顺利执行。在列车运行中应当对高铁的防灾系统进行重点关注。1 简介防灾系统1.1 概念铁路防灾系统主要是针对自然环境较为恶劣的条件下, 通过对列车运行情况进行信息处理, 从而分析高铁行车安全程度, 进而通过自动或者手动的方式控制列车的系统。本系统能够全程监视铁路运行线上出现暴风、暴雪、地震或者异物侵袭等不利于高铁运行的状况, 并且向调度中心传达预警信息, 从而实现在线检测和超限报警, 使调度中心综合上述情况对列车下达行车、维修、救援等等命令
3、, 保障列车运行安全。防灾系统由现场监控模块、监控中心系统、传输网络构成。其中传感器是在防灾系统必须使用到的电子构件。1.2 在线监测装置的重要性由于我国地域广阔, 气候地貌因为各种因素的影响相差较大, 加上我国的高铁运营里程较长, 已经累计达到 16000 千米, 占到世界高铁里程的 60%左右, 是铁路运输线最长的国家。因此铁路在改建提速后, 自然因素成为了影响铁路安全的重要因素。经过调查发现, 在线监测装置故障, 会造成对铁路运行环境失去准确判断, 故行车方面极容易发生事故。日本作为自然灾害非常多的国家, 按照不同灾害种类和功能对防灾系统进行精细划分, 通过强大的预测系统以及检测信息判断
4、, 完成了灾害的有效预测。因此我国将检测装置研发作为高铁研究的核心方向。2 防灾系统的实现2.1 模块设计2.1.1 现场监控模块。检测模块相当于整个系统的“眼睛和耳朵”, 作为系统最基础的数据采集层, 保证检测结果的准确性是系统正常运行的基础, 且对于气候的变化应当具有一定的灵敏性。故在设计时要求对于风速风向、雪深、大雨、地震预测及异物感应等数据要定位实时采集和实时上传。数据运算、运输等过程要保持稳定, 在同一监控单元具备多种接口, 便于多项数据的采集和回传。此外, 需配备独立的电源模块和通信传输模块, 为数据传输、运算、储存、上传提供必要的电力供给和传输网络。2.1.2 调度中心模块。该模
5、块作为防灾系统的“大脑”, 是对各种数据信息进行加工分析的系统, 由数据处理模块、监控终端操作模块、计算机分析软件、输出预警报警信息等系统集合而成。该模块要对所有现场监控的运行状态进行必要的监控, 确保“眼睛和耳朵”的正常运转, 并且在出现异常时, 及时采取相关措施对监控模块进行维护。同时对上传数据进行分析整理, 借助计算机软件对上传的自然因素进行综合判断, 并产生相应的预警报警提示信息, 对该地段高铁进行信息传输。2.1.3 传输网络模块。该模块相当于防灾系统的“运动神经”, 主要是在调度模块和监控模块之间建立网状信息传输系统。其中“主运动神经”采用双通道模式建立双向的网络信息传输, 并在传
6、输的过程中保证信息完整性和时效性。目前一般采用光缆传输的网络通道。同时对于现场监控内部各项检测系统之间, 也要建立基本的通讯数据网作为“次级运动神经”, 如监控模块中的风速计和雨量计均通过中间通讯模块实现信号远距离传输和中继传输, 由监控模块总主机区进行应答;雪深计则通过中间通讯模块实现通讯信号的转换, 在进行远距离定时传输发送至监控模块总主机区。传感器则是监控操作和通讯之间的连接点。2.2 传感器在线监测装置的应用传感器由主控单元和各监控子系统共同构成。其中主控单元包括传感器数据采集及发送、数据运算、人机操作、生成信号及信息显示、远程数据控制。而各项在线监测依靠各监控器进行。其中风速监测系统
7、在每个接触网支柱监测点上安装 2 套测量计, 以距轨面 4 米、垂直线路的方向进行布置。目前我国使用的风速测量计以超声波原理研发而成的超风传感器, 不仅能够测量风速, 还能兼具雨量最值的测量。因此数据上传后可根据风速值进行预警及报警, 并根据风速对行车进行限速。一般地, 风速低于 15m/s, 动车不限速, 此时为安全状态不预警;风速处于 15-20 m/s, 蓝色预警, 上传数据后, 动车限速 300km/h 以下;风速处于 20-25 m/s, 黄色预警, 动车限速 200 km/h 以下;风速处于 25-30 m/s, 大风橙色报警, 动车限速 120km/h 以下;风速极高超过 30
8、m/s, 大风红色警报, 调度中心迅速通知进行行车封锁, 并通知动车严禁驶入强风区域, 保证列车安全。对于每小时降雨在 20 毫米且连续降雨超过 140 毫米的区域, 或者每小时降雨在 40 毫米左右, 此时感应装置发布限速警报, 高铁限速在 160 km/h 以下;若每小时降雨 30毫米且连续降雨超过 150 毫米的区域, 或者每小时降雨在 50 毫米左右, 上传限速警报, 高铁限速在 80 km/h 以下;若每小时降雨 50 毫米且连续降雨超过 200毫米的区域, 或者每小时降雨在 65 毫米左右, 严重封锁警报, 调度中心迅速通知列车进行封锁, 并远离强降雨区域保证列车安全。此降雨标准需
9、要结合地形, 若所在为山地丘陵区, 该值下调 10 毫米。我国雪深计使用超声波回弹测量仪进行, 探头可探测到积雪表面的距离及回弹距离推算雪深距离。此外搭配温度传感器进行声波纠正, 保证测量结果的准确性。该测量计量程为 0-3 米, 外国雪深计使用激光镭射测量, 通过激光反射量程可达 10 米, 温差较国内的测量范围略高。一般地, 探头到积雪表面单程距离超过 9 厘米, 回传距离超过 17 厘米的, 上传雪深预警, 动车限速值 245 km/h以下;单程距离超过 17 厘米, 回传距离超过 19 厘米的, 发送大雪预警, 动车限速 210 km/h 以下;单程距离超过 19 厘米, 回传距离超过
10、 22 厘米的, 发送特大雪, 动车限速 160 km/h 以下;单程距离超过 22 厘米, 回传距离超过 30 厘米的, 迅速上传暴雪报警, 动车限速 110 km/h 以下;双程距离均大于 30 厘米以上的, 迅速告知调度中心特大暴雪预警, 通知列车停运, 行车封锁。异物检测系统主要由安装双电网传感器、轨边控制器及传输电缆和附件构成。当传感器感应到异物时, 报警信号直接自动传输到列车控制系统, 控制系统根据报警直接控制列车停车。该信号不再经过调度中心的分析模块, 从而实现了对列车的实时控制。地震检测则使用平衡加速传感器、强震记录仪及传输电缆构成。传感器感应地震信号后, 上传至当地变电场所,
11、 迅速对接触网执行断电操作, 之后调度中心会接收到当地监控模块断电异常, 从而紧急发出自动停车信号暂停列车运行。同时该传感器与当地和国家地震网建立 P 波检测预警, 通过预警信息也能对地震情况进行有效预防监控。3 结语通过在各个在线检测系统中的传感器作用, 能够实现从现场监控到调度中心的顺利运转, 实现了对列车的实时控制。因此在自然灾害到来时, 列车采取必要的安全措施规避危险, 从而保障广大乘客的人身财产安全。参考文献1王满意.多线并行公跨铁异物监测及信号设置方案研究J.铁道工程学报, 2016 (02) . 2端嘉盈, 史天运.基于 WSN 的铁路防灾安全监控系统研究J.交通运输系统工程与信息, 2016 (01) . 3蒋晟.浅论高铁防灾监控系统的现状与改进J.丝路视野, 2017 (14) .
