嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路防災(zāi)系統(tǒng)檢測(cè)方法的探討

張明杰 范 宇 崔高峰

（沈陽(yáng)鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110013）

1 引言

高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)是鐵路信息化總體規(guī)劃中的一個(gè)重要子系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)、雨、雪、地震自然災(zāi)害及異物侵限等突發(fā)事件，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息分布式獲取、集中管理、綜合分析與運(yùn)用，及時(shí)掌握災(zāi)害發(fā)生動(dòng)態(tài)，與調(diào)度指揮、行車(chē)控制、牽引供電等系統(tǒng)互聯(lián)互通，構(gòu)成完整的運(yùn)輸安全技術(shù)保障體系。

嚴(yán)寒地區(qū)狂風(fēng)暴雪及低溫冰凍等自然災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的可靠性、可維護(hù)性及安全性提出更高的要求。以哈大高鐵為例，沿途自然條件復(fù)雜多變，防災(zāi)系統(tǒng)沿線共設(shè)置風(fēng)力監(jiān)測(cè)103點(diǎn)、雨量監(jiān)測(cè)39點(diǎn)、雪量監(jiān)測(cè)16點(diǎn)、異物侵入監(jiān)測(cè)53點(diǎn)及地震監(jiān)測(cè)23點(diǎn)，如何檢測(cè)這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，各類(lèi)傳感器測(cè)量精度是否達(dá)標(biāo)，是衡量整套高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)質(zhì)量的重要因素之一。

2 哈大高鐵防災(zāi)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備介紹

哈大高鐵防災(zāi)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備主要由風(fēng)速風(fēng)向計(jì)、雨量計(jì)、雪深計(jì)、地震儀及數(shù)據(jù)采集傳輸單元、異物侵限監(jiān)測(cè)裝置和軌旁控制器組成，能夠根據(jù)需要完成風(fēng)速、降雨量、雪深、地震等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、緩存、處理，并且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)異物侵限報(bào)警信息。

2.1 風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)設(shè)備。風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)設(shè)備前端由風(fēng)速風(fēng)向傳感器、設(shè)備安裝支架、數(shù)據(jù)傳輸單元、監(jiān)控單元采集模塊等組成，主要種類(lèi)有三杯式、螺旋槳式、超聲波式和熱場(chǎng)式。在高鐵線路上，多選用超聲波式風(fēng)速風(fēng)向計(jì)。

2.2 雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備。雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備采集前端由雨量計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸單元、監(jiān)控單元雨量采集模塊等組成。雨量計(jì)采用非機(jī)械式結(jié)構(gòu)的聲學(xué)原理和現(xiàn)代雷達(dá)測(cè)試技術(shù)可以測(cè)量各類(lèi)降水，包括霧、濃霧、雨、雨夾雪、冰雹、雪以及各種介于雪和冰雹之間的混合水，并且在使用過(guò)程中由于雨量計(jì)沒(méi)有沉積物，因此無(wú)需維護(hù)清洗。

2.3 雪深監(jiān)測(cè)設(shè)備。雪深監(jiān)測(cè)設(shè)備采集前端由雪深計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸單元、監(jiān)控單元雪深采集模塊等組成。雪深計(jì)采用超聲波遙測(cè)技術(shù)或激光測(cè)量技術(shù)，測(cè)量從探頭到被測(cè)目標(biāo)表面的距離，從而計(jì)算出積雪深度。

2.4 異物侵限監(jiān)測(cè)設(shè)備。在高速鐵路沿線根據(jù)安裝雙電網(wǎng)傳感器，當(dāng)異物侵限導(dǎo)致雙電網(wǎng)斷線時(shí)，各監(jiān)測(cè)終端自動(dòng)發(fā)出異物侵限災(zāi)害報(bào)警信息，災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同時(shí)向列控系統(tǒng)發(fā)送災(zāi)害報(bào)警信息，使進(jìn)入相關(guān)閉塞分區(qū)內(nèi)的動(dòng)車(chē)組列車(chē)自動(dòng)停車(chē)。異物侵限雙電網(wǎng)傳感器一般設(shè)置于公跨鐵路橋、長(zhǎng)大隧道口，設(shè)備采集前端由雙電網(wǎng)傳感器、軌旁控制器、繼電器組合單元等組成。

2.5 地震監(jiān)測(cè)設(shè)備。在高速鐵路沿線根據(jù)需要安裝地震儀，監(jiān)測(cè)地震動(dòng)加速度，生成報(bào)警，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)震應(yīng)急處置。地震監(jiān)控子系統(tǒng)現(xiàn)階段僅具備工務(wù)段、工務(wù)處、調(diào)度所監(jiān)測(cè)終端報(bào)警顯示、測(cè)試功能，尚不具備控車(chē)、控電功能，暫不投入使用。

3 各類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)內(nèi)容及方法介紹

3.1 風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)設(shè)備。檢測(cè)內(nèi)容包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、模擬報(bào)警及限速提示、大風(fēng)報(bào)警時(shí)限、報(bào)警解除時(shí)限、大風(fēng)報(bào)警臨界值性能測(cè)試、連續(xù)風(fēng)速報(bào)警評(píng)判測(cè)試、大風(fēng)數(shù)據(jù)冗余采集。

檢測(cè)方法如下：（1）黑盒測(cè)試法：預(yù)先設(shè)定軟件模擬大風(fēng)報(bào)警值、大風(fēng)報(bào)警解除值、大風(fēng)臨界值等數(shù)據(jù)，在監(jiān)控單元現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送模擬數(shù)據(jù)，同時(shí)在監(jiān)控終端觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況，將實(shí)際運(yùn)行結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果相比較，測(cè)試系統(tǒng)軟件功能是否正常。（2）容錯(cuò)性測(cè)試法：現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速風(fēng)向計(jì)配置為雙機(jī)，關(guān)閉負(fù)載運(yùn)行的一臺(tái)風(fēng)速風(fēng)向計(jì)，觀察系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，隨后將該風(fēng)速風(fēng)向計(jì)重新開(kāi)啟；對(duì)另一臺(tái)風(fēng)速風(fēng)向計(jì)進(jìn)行同樣操作，測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，通過(guò)上述方法測(cè)試數(shù)據(jù)冗余采集功能是否正常。（3）大風(fēng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試方法：在監(jiān)控單元利用模擬檢測(cè)裝置輸入連續(xù)變化的大風(fēng)模擬數(shù)據(jù)，在調(diào)度所監(jiān)控終端錄制大風(fēng)數(shù)據(jù)變化過(guò)程，利用圖像編輯軟件對(duì)錄制圖像進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)顯示不同風(fēng)速值的時(shí)間間隔，測(cè)試大風(fēng)顯示頻率及風(fēng)速數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是否滿足要求。

3.2 雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備。檢測(cè)內(nèi)容包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、小時(shí)雨量模擬報(bào)警及限速提示。

檢測(cè)方法如下：測(cè)試過(guò)程中采用黑盒測(cè)試法，即預(yù)先設(shè)定軟件模擬小時(shí)雨量實(shí)時(shí)及報(bào)警數(shù)據(jù)等，在監(jiān)控單元現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送模擬數(shù)據(jù)，同時(shí)在監(jiān)控終端觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況，將實(shí)際運(yùn)行結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果相比較，測(cè)試雨量監(jiān)測(cè)功能是否正常。

3.3 雪深監(jiān)測(cè)設(shè)備。檢測(cè)內(nèi)容包括：雪深實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、雪深模擬報(bào)警及限速提示。

檢測(cè)方法如下：在監(jiān)控單元模擬雪深數(shù)據(jù)，在調(diào)度所監(jiān)控終端觀察雪深信息變化情況。將系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況與預(yù)測(cè)結(jié)果相比較，測(cè)試雪深監(jiān)測(cè)功能是否正常。

3.4 異物侵限監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)方法。檢測(cè)內(nèi)容包括：電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異物侵限模擬報(bào)警、臨時(shí)行車(chē)、調(diào)度恢復(fù)、現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)、遠(yuǎn)程試驗(yàn)、與信號(hào)系統(tǒng)接口、接口繼電器狀態(tài)回采、監(jiān)控單元異常情況。

檢測(cè)方法如下：測(cè)試過(guò)程中主要采用了容錯(cuò)性測(cè)試法，即通過(guò)模擬單電網(wǎng)斷開(kāi)、雙電網(wǎng)斷開(kāi)、上行臨時(shí)行車(chē)、下行臨時(shí)行車(chē)、調(diào)度恢復(fù)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操作，觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況，將實(shí)際運(yùn)行結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果相比較，測(cè)試系統(tǒng)功能是否正常。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)了解防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方案、工作原理、應(yīng)用情況、故障發(fā)生情況，研究用于檢測(cè)系統(tǒng)各功能單元工作狀態(tài)的故障動(dòng)態(tài)模擬測(cè)試技術(shù)和測(cè)試裝置。在上述工作基礎(chǔ)上，提出了包括測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試方法、測(cè)試步驟、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)方案的相關(guān)建議，為系統(tǒng)檢測(cè)提供了一種新的檢測(cè)技術(shù)，并成功研制了高速鐵路防災(zāi)系統(tǒng)模擬測(cè)試裝置的樣機(jī)，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，證明了這種測(cè)試方法的可行性。但是，對(duì)于高速鐵路防災(zāi)系統(tǒng)故障檢測(cè)與分析技術(shù)研究仍然是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要長(zhǎng)期跟蹤研究。

[1]史宏，王彤.高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)研究[J].中國(guó)鐵路，2012（07）.

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[3]馬韞娟，馬志福.高速鐵路防災(zāi)系統(tǒng)防風(fēng)布點(diǎn)方案優(yōu)化研究[J].中國(guó)科技信息，2010（12）.