山區(qū)既有鐵路災(zāi)害檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的研究

鄒波（南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，廣西南寧 530003）

山區(qū)既有鐵路災(zāi)害檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的研究

鄒波
（南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，廣西南寧 530003）

本文介紹了一種山區(qū)既有線鐵路災(zāi)害檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，在自然災(zāi)害易發(fā)的山區(qū)鐵路線路防災(zāi)點(diǎn)根據(jù)地理地貌合理設(shè)置由檢測(cè)網(wǎng)、監(jiān)測(cè)設(shè)備、報(bào)警設(shè)備組成的災(zāi)害報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到災(zāi)害點(diǎn)發(fā)生危巖落石、邊坡坍塌、泥石流等不可抗等自然災(zāi)害時(shí)，立即開啟現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警和無線報(bào)警功能，對(duì)鐵路工務(wù)部門人員和機(jī)車司機(jī)發(fā)出預(yù)警，可采取緊急措施，有效避免行車事故。

災(zāi)害報(bào)警 無線列調(diào) 行車事故

1　引言

我國(guó)西南地區(qū)山地較多，地理結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，既有鐵路線路多處在崇山峻嶺當(dāng)中。危巖落石、邊坡坍塌和泥石流等自然災(zāi)害嚴(yán)重威脅鐵路行車安全，一起行車事故將給鐵路帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失并造成很壞的社會(huì)影響。在自然災(zāi)害易發(fā)的山區(qū)鐵路防災(zāi)點(diǎn)設(shè)置由檢測(cè)網(wǎng)、監(jiān)測(cè)設(shè)備、報(bào)警設(shè)備組成的災(zāi)害自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，能夠自動(dòng)檢測(cè)出災(zāi)害并立即自動(dòng)報(bào)警，攔停列車，有效避免行車事故。

2　系統(tǒng)工作原理

在既有鐵路線路危巖落石、邊坡坍塌和泥石流等災(zāi)害易發(fā)點(diǎn)，根據(jù)線路周圍地形條件合理設(shè)置檢測(cè)網(wǎng)，通過對(duì)安裝于檢測(cè)網(wǎng)上的傳感器狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來確定檢測(cè)網(wǎng)狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)網(wǎng)傾倒時(shí)，確認(rèn)災(zāi)害發(fā)生，立即啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警設(shè)備，同時(shí)通過無線列調(diào)直接對(duì)進(jìn)入列調(diào)覆蓋范圍內(nèi)的行車司機(jī)進(jìn)行報(bào)警，通知其采取緊急措施?，F(xiàn)場(chǎng)人員也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，人工操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警、停止報(bào)警等功能。

傳感器為一種傾角開關(guān)傳感器，當(dāng)固定于檢測(cè)網(wǎng)上的傳感器處于正常位置時(shí)，傳感器輸出開關(guān)閉合；當(dāng)傳感器向任意方向傾斜到一定角度時(shí)，傳感器輸出開關(guān)斷開。利用傳感器這一特性，將各個(gè)傳感器用電纜串聯(lián)起來形成可靠的檢測(cè)電路，以檢測(cè)電路的通、斷即可準(zhǔn)確檢測(cè)出檢測(cè)網(wǎng)是否傾倒，從而判斷出是否有災(zāi)害發(fā)生。

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

災(zāi)害檢測(cè)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由檢測(cè)網(wǎng)、檢測(cè)單元、信號(hào)處理及作業(yè)記錄單元、檢測(cè)報(bào)警單元、人工控制單元、現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警單元、防雷單元和供電單元組成?；窘Y(jié)構(gòu)如圖1所示：

3.1檢測(cè)單元

檢測(cè)單元用于對(duì)檢測(cè)網(wǎng)狀態(tài)的檢測(cè)，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)環(huán)路檢測(cè)電路。檢測(cè)傳感器、整流二極管、限流電阻、檢測(cè)繼電器線圈與隔離110V交流電源串聯(lián)形成回路。檢測(cè)繼電器采用偏極繼電器，當(dāng)檢測(cè)電路當(dāng)中流過繼電器線圈為正向直流電流時(shí)，繼電器勵(lì)磁吸起。當(dāng)設(shè)備處于正常監(jiān)測(cè)狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)繼電器勵(lì)磁吸起，回路中任意傳感器開路，都將導(dǎo)致檢測(cè)繼電器失磁落下，因而產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，供后續(xù)信號(hào)處理電路采集處理。

圖1　災(zāi)害檢測(cè)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該檢測(cè)電路具有了電纜短路和開路的診斷功能。當(dāng)電纜發(fā)生短路故障時(shí)，電路的整流二極管失去作用，此時(shí)流過檢測(cè)繼電器線圈電流為交流電流，因此導(dǎo)致檢測(cè)繼電器失磁落下，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)電纜發(fā)生開路故障時(shí)，整個(gè)電路環(huán)路斷開，導(dǎo)致檢測(cè)繼電器失磁落下，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。

3.2人工控制單元

人工控制單元是系統(tǒng)所提供的人機(jī)交互界面，主要由按鍵和開關(guān)組成，操作人員可通過其進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的人工操作，手動(dòng)操作使系統(tǒng)報(bào)警或者解除報(bào)警。

3.3信號(hào)處理及作業(yè)記錄單元

信號(hào)處理及作業(yè)記錄單元由CPU、電源、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、輸入模塊、輸出模塊、信號(hào)隔離模塊及記錄模塊組成。其功能是對(duì)檢測(cè)單元和人工控制單元提供的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的信號(hào)情況判斷現(xiàn)場(chǎng)是否有災(zāi)害發(fā)生，一旦判斷現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生災(zāi)害，立即控制聲光報(bào)警單元進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警，同時(shí)向報(bào)警檢測(cè)單元發(fā)出報(bào)警指令并將操作記錄在CPU的作業(yè)記錄模塊內(nèi)，方便事后查詢。

3.4聲光報(bào)警單元

聲光報(bào)警單元包括警號(hào)和警燈，受信號(hào)處理及作業(yè)記錄單元的控制。當(dāng)信號(hào)處理及作業(yè)記錄模塊判斷災(zāi)害發(fā)生或接收到人工控制報(bào)警指令時(shí)，開啟警燈、警號(hào)工作電平，警燈開始閃亮，警號(hào)開始鳴響。

3.5檢測(cè)報(bào)警單元

檢測(cè)報(bào)警單元由CPU、語音模塊、輸入模塊、輸出模塊、無線列調(diào)電臺(tái)、電源監(jiān)測(cè)模塊、電源等組成。其中語音模塊存儲(chǔ)報(bào)警所需要語音內(nèi)容，一旦CPU通過輸入模塊接收到來自信號(hào)處理及作業(yè)單元輸出的報(bào)警指令，立刻控制語音模塊將所存儲(chǔ)的語音內(nèi)容通過無線列調(diào)電臺(tái)按規(guī)定頻率向機(jī)車電臺(tái)發(fā)出報(bào)警信息，攔停列車。

3.6供電及防雷單元

供電單元是專門設(shè)計(jì)定做的模塊電源，具有多路獨(dú)立隔離直流電源輸出，具有交直流切換的后備電源功能。防雷單元分為電源防雷和天饋線防雷。防止雷電損壞檢測(cè)設(shè)備和無線列調(diào)電臺(tái)設(shè)備，配套設(shè)置一處獨(dú)立的防雷地線。

4　與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)比較

目前，現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)、外山區(qū)鐵路災(zāi)害報(bào)警相關(guān)研究多立足于高鐵的綜合性防災(zāi)系統(tǒng)，針對(duì)對(duì)象和面臨客觀條件都是既有線路有很大不同，且成本造價(jià)太高，相對(duì)于山區(qū)既有線鐵路有一定的局限性。少數(shù)針對(duì)山區(qū)既有線鐵路的防災(zāi)系統(tǒng)均采用間接報(bào)警方式，即通過網(wǎng)絡(luò)或短信將報(bào)警信息送到監(jiān)控部門人員，然后再采取措施攔停列車。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)在發(fā)生災(zāi)害時(shí)直接通過無線列調(diào)電臺(tái)向機(jī)車電臺(tái)發(fā)送語音報(bào)警信息，通知司機(jī)采取緊急措施。減少了中間環(huán)節(jié)，報(bào)警及時(shí)，提高了系統(tǒng)的保障作用。

5結(jié)語

山區(qū)既有鐵路線路災(zāi)害檢測(cè)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具有災(zāi)害檢測(cè)方法實(shí)用可靠，報(bào)警方式直接高效，易于施工安裝和造價(jià)成本相對(duì)低等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效的防止山區(qū)既有鐵路受到危巖落石、邊坡坍塌和泥石流災(zāi)害威脅而引起的行車事故，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)該系統(tǒng)已在南寧鐵路局上線試用。