高速鐵路災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警分析及改進措施探討

楊禮，武明生，趙方霞，熊偉

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

0 引言

截至2018年底，我國高速鐵路運營里程已超過2.9萬km，為保障列車運行安全，已開通的高速鐵路均同步建設了高速鐵路自然災害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱災害監(jiān)測系統(tǒng)），對鐵路沿線風、雨、雪、地震及異物侵限事件進行實時監(jiān)測，同時具備報警、預警及聯(lián)動觸發(fā)功能，為運營管理調(diào)度指揮提供報警、預警信息，有效防止或減少自然災害對高速鐵路列車運行安全的影響[1-2]。

我國高速鐵路災害監(jiān)測系統(tǒng)起步晚、發(fā)展快，是從無到有、從有到完善的過程。2008—2012年，災害監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)歷了科學研究和實踐探索，形成了現(xiàn)場傳感器、監(jiān)控單元、監(jiān)控數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測終端四級架構。2013年至今，伴隨原中國鐵路總公司相關技術條件、標準規(guī)范[3-4]的發(fā)布實施，確立了鐵路局集團公司中心系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測設備兩級架構。災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警[5-6]現(xiàn)象在早期較多，隨著災害監(jiān)測系統(tǒng)的成熟穩(wěn)定，系統(tǒng)誤報警數(shù)量逐漸減少。

根據(jù)2016—2018年全路災害監(jiān)測系統(tǒng)運營數(shù)據(jù)調(diào)研分析[7]，災害監(jiān)測系統(tǒng)在既有運營線路長期運行過程中也逐漸暴露了一些問題，其中誤報警現(xiàn)象是一個重要問題，由于誤報警問題的存在，導致系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤限速、禁止行車、脫離監(jiān)控等提示信息，造成列車晚點、停運，給鐵路運營管理單位帶來損失。例如，2016年京廣線災害監(jiān)測系統(tǒng)提示異物侵限停運報警，經(jīng)檢查為空氣開關故障；2017年寧啟線災害監(jiān)測系統(tǒng)提示異物侵限停運報警，經(jīng)檢查確認為監(jiān)控單元遭受雷擊致使UPS故障；2018年合蚌線災害監(jiān)測系統(tǒng)提示大風停運報警，經(jīng)檢查為2#風速風向計數(shù)據(jù)異常。針對災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警問題，從聯(lián)調(diào)聯(lián)試[8-10]角度開展誤報警分析，提出改進措施，為系統(tǒng)完善和運營維護提供技術參考。

1 誤報警分析

災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警是指高速鐵路現(xiàn)場沿線風、雨、雪監(jiān)測數(shù)據(jù)未達到報警閾值及未發(fā)生異物侵限情況下，系統(tǒng)產(chǎn)生風報警、雨量報警、雪深報警、異物侵限報警。誤報警影響高速鐵路列車安全行車，給運營單位帶來不便?？紤]災害監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展過程并結合全路調(diào)研數(shù)據(jù)，選取2016—2018年的運營數(shù)據(jù)，從類型、原因及誤報率方面對災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警進行分析。

1.1 誤報警類型分析

災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警類型主要包括風誤報警、雨量誤報警、雪深誤報警、異物侵限誤報警。2016—2018年全路共發(fā)生災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警情況69次，具體各類誤報警類型見圖1，異物侵限誤報警是影響行車安全的主要誤報警類型，其次是風誤報警、雨量誤報警。

圖1 誤報警類型統(tǒng)計

1.2 誤報警原因分析

災害監(jiān)測系統(tǒng)由鐵路局集團公司中心系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測設備兩級架構組成（見圖2）。從系統(tǒng)架構角度對災害監(jiān)測系統(tǒng)運營數(shù)據(jù)進行調(diào)研分析，引發(fā)誤報警的原因主要由現(xiàn)場采集設備（包括風速風向計、雨量計、雪深計、異物侵限監(jiān)測電網(wǎng)等）、監(jiān)控單元、中心機房設備、監(jiān)測終端硬件設備故障等造成（見圖3）。

圖2 災害監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲示意圖

圖3 誤報警原因分析

2016—2018年全路災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警原因統(tǒng)計見圖4，現(xiàn)場采集設備故障是引發(fā)誤報警的主要原因，監(jiān)控單元故障次之。

圖4 誤報警原因統(tǒng)計

1.3 誤報率分析

高速鐵路災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報率p可用下式表示：

式中：n為誤報警次數(shù)；m為全線已開通運營災害監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)量。

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，2016—2018年災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報率分別為22.9%、17.5%、16.9%（見表1）。

表1 災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報率統(tǒng)計

由表1可以看出，開通運營災害監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)量逐年增加，但誤報率正在逐年下降，主要是因為災害監(jiān)測系統(tǒng)相關技術及設備的逐漸成熟穩(wěn)定。

2 改進措施探討

聯(lián)調(diào)聯(lián)試是通過對災害監(jiān)測系統(tǒng)風監(jiān)測、雨量監(jiān)測、雪深監(jiān)測、異物侵限監(jiān)測、設備冗余、設備狀態(tài)監(jiān)測、輔助功能的動態(tài)測試，驗證災害監(jiān)測系統(tǒng)是否符合設計文件及相關技術文件要求，為動態(tài)驗收提供依據(jù)，是鐵路建設的最后一個環(huán)節(jié)，也是線路開通運營前的最后一道關卡。從聯(lián)調(diào)聯(lián)試角度開展誤報警分析，通過聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間強化檢測手段，系統(tǒng)運營階段成立專項檢測，防止或減少災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警現(xiàn)象，為系統(tǒng)完善和運營維護提供參考。

2.1 強化檢測手段

由于高速鐵路災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警影響行車安全，聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間對風、雨、雪、異物侵限報警功能的檢測工作是重中之重。其中針對風報警進行的檢測項包括：風速報警及限速提示、風速報警時限、風速報警解除時限、風速報警臨界值、風速報警評判、風速數(shù)據(jù)過濾；針對雨量報警進行的檢測項包括：小時雨量報警及限速提示、24 h雨量報警及限速提示、連續(xù)雨量及限速提示、雨量報警解除；針對雪報警進行的檢測項包括：雪深報警及限速提示、雪深數(shù)據(jù)過濾；針對異物侵限報警進行的檢測項包括：電網(wǎng)實時監(jiān)測、異物侵限報警、臨時行車、現(xiàn)場恢復、調(diào)度恢復、遠程試驗、與信號系統(tǒng)接口、異物侵限對位、監(jiān)控單元異常情況。聯(lián)調(diào)聯(lián)試各報警類型檢測次數(shù)見表2。

表2 聯(lián)調(diào)聯(lián)試各報警類型檢測情況

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)分析結果，為了加強對災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警現(xiàn)象的檢測，在現(xiàn)有聯(lián)調(diào)聯(lián)試檢測手段基礎上進行2個方面改進。

（1）升級檢測方法。在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，采用場景法通過模擬監(jiān)控單元空氣開關跳斷、UPS電源故障、配線斷裂、防雷模塊故障、DI開關量采集模塊故障、接觸網(wǎng)異常停電跳閘、板卡通信故障及風、雨、雪、異物監(jiān)測電網(wǎng)等現(xiàn)場采集設備故障等場景，在監(jiān)測終端觀察相關數(shù)據(jù)顯示信息，檢驗系統(tǒng)在監(jiān)控單元、現(xiàn)場采集設備故障下的誤報警情況。

（2）增加誤報率檢測項目。聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中，在鐵路局集團公司中心系統(tǒng)服務器模擬的風、雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)，在正線現(xiàn)場雪深激光點處模擬雪深監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)，在異物橋、軌旁箱處對監(jiān)測電網(wǎng)進行通斷操作，將預定結果與系統(tǒng)處理結果進行比較，通過分析指定次數(shù)的報警數(shù)據(jù)，檢測災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報率。

通過升級檢測方法、增加檢測項目，能夠對災害監(jiān)測系統(tǒng)風、雨、雪、異物侵限誤報警原因進行全面分析，對系統(tǒng)誤報率進行檢測，為鐵路局集團公司運營維護災害監(jiān)測系統(tǒng)提供建議及應對措施參考。

2.2 開展專項檢測

自2008年京津城際鐵路開通運營以來，最早投入建設的災害監(jiān)測系統(tǒng)使用年限已超過10年，隨著災害監(jiān)測系統(tǒng)逐漸成熟完善，較早開通運營線路的災害監(jiān)測系統(tǒng)的相關功能、性能已不能滿足現(xiàn)有標準文件要求[8]；鐵路沿線現(xiàn)場采集設備歷經(jīng)風吹、雨淋、日曬等，采集數(shù)據(jù)的準確性、可靠性有待驗證；既有線已開通運營的災害監(jiān)測系統(tǒng)涉及軟件修改、升級，暫無第三方檢測驗證。綜合考慮災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警分析結果，對既有線災害監(jiān)測系統(tǒng)進行專項檢測很有必要，具體為成立專項檢測，定期對既有運營線路災害監(jiān)測系統(tǒng)進行檢測，具體如下。

（1）系統(tǒng)功能驗證。依據(jù)現(xiàn)階段聯(lián)調(diào)聯(lián)試文件要求，采用容錯性檢測法、場景法、等價類劃分法、實時性檢測法、時限檢測法對災害監(jiān)測系統(tǒng)風、雨、雪、異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng)進行功能、性能檢測，驗證系統(tǒng)是否滿足相關標準要求。

（2）現(xiàn)場采集設備標定。結合影響災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警的設備故障，定期對風、雨、雪現(xiàn)場傳感器采集數(shù)據(jù)的準確性、有效性進行標定。

（3）增加誤報警檢測項目。采用場景法，在監(jiān)控單元、現(xiàn)場采集設備增加監(jiān)控單元空氣開關跳斷、UPS電源故障、風速風向計、雨量計等，并模擬風、雨、雪報警，將預定結果與系統(tǒng)處理結果進行比較，通過分析指定次數(shù)的報警數(shù)據(jù)，檢測災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報情況。

開展災害監(jiān)測系統(tǒng)專項檢測能夠直接對既有運營線路災害監(jiān)測系統(tǒng)進行檢測，不再局限于聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段，檢測數(shù)據(jù)客觀嚴謹，具有說服力。

3 結束語

通過對全路災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，異物侵限誤報警是導致誤報警的主要類型，現(xiàn)場采集設備故障是導致誤報警的主要原因，而且不同年份的系統(tǒng)誤報率不盡相同，誤報警影響了高速鐵路的運營效率。針對災害監(jiān)測系統(tǒng)面臨的誤報警問題，可從強化聯(lián)調(diào)聯(lián)試檢測手段、定期對既有運營線路災害監(jiān)測系統(tǒng)進行檢測等方面探討改進措施，進而減少或防止災害監(jiān)測系統(tǒng)誤報警的發(fā)生，為高速列車安全平穩(wěn)運行提供技術保障。