軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)研究

王梓丞

（中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

鐵路信號設(shè)備是鐵路運輸中確保行車安全，提高運輸效率的重要設(shè)備。其中，用于實現(xiàn)列車占用檢測以及車地通信的軌道電路，是重要的基礎(chǔ)安全設(shè)備之一。然而，軌道電路的室外工作環(huán)境通常比較惡劣，尤其在室外降雨量較大或道床潮濕時，軌道電路會出現(xiàn)大量的漏泄電流，導(dǎo)致軌道繼電器無法正常吸起，出現(xiàn)“紅光帶”故障，嚴重影響運輸效率。軌道電路漏泄電流增多是由于道床電阻值降低導(dǎo)致的，道床電阻值除了與上述軌旁濕度相關(guān)還與軌旁溫度有關(guān)，軌旁溫度升高會使道床電阻值降低。因此，在夏季暴雨后，軌道電路的軌旁溫度和濕度都增加，常常出現(xiàn)“紅光帶”故障現(xiàn)象。目前，鐵路電路部門基本配置了信號集中監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對鐵路信號室內(nèi)設(shè)備的監(jiān)測，但該系統(tǒng)缺乏軌道電路的室外監(jiān)測手段，無法獲取反映設(shè)備運行狀態(tài)的完整數(shù)據(jù)。綜上所述，開展軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的研究具有重要意義。

1 軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測裝置

本文提出的一種軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測裝置，目的在于實現(xiàn)對室外溫度、濕度的實時采集和無線數(shù)據(jù)傳輸。該裝置包括：溫度傳感器、濕度傳感器、濾波單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、無線通信模塊，如圖1所示。其中：（1）溫度傳感器用于實時采集軌道電路室外溫度；（2）濕度傳感器用于實時采集軌道電路室外濕度；（3）濾波單元用于將上述掃溫度、濕度采集信號中的噪聲濾除；（4）A/D轉(zhuǎn)換單元用于將將上述溫度、濕度模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于計算機處理；（5）無線通信模塊用于將上述數(shù)字信號通過無線的方式發(fā)送至室內(nèi)的軌道電路預(yù)警系統(tǒng)。

圖1 軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 軌道電路預(yù)警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在室外環(huán)境監(jiān)測裝置的基礎(chǔ)上，本文還提出了一種軌道電路預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)對室外環(huán)境異常的提前預(yù)報，輔助鐵路部門提前采取維護措施避免故障發(fā)生影響行車效率和安全。軌道電路預(yù)警系統(tǒng)包括：室外通信接口服務(wù)器、室外防火墻、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲和備份設(shè)備、預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器、聲光報警裝置、室內(nèi)通信接口服務(wù)器、室內(nèi)防火墻、操作終端、維護終端、打印機、無線通信設(shè)備。

各模塊的主要功能包括：（1）室外通信接口服務(wù)器用于通過無線通信網(wǎng)絡(luò)實時接收室外環(huán)境監(jiān)測裝置采集到的溫度和濕度信息。（2）室外防火墻具備防病毒、防入侵以及入侵檢測功能，用于隔離無線網(wǎng)絡(luò)中可能存在的病毒和隱患，確保預(yù)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。（3）無線通信設(shè)備用于預(yù)警系統(tǒng)與室外環(huán)境監(jiān)測裝置之間通過無線方式進行單向信息傳輸，具體為監(jiān)測裝置向預(yù)警系統(tǒng)發(fā)送采集到的溫度和濕度信息。（4）室內(nèi)通信接口服務(wù)器用于通過以太網(wǎng)接收信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的軌道電路電壓實時數(shù)據(jù)。（5）室內(nèi)防火墻具備防病毒、防入侵以及入侵檢測功能，用于隔離預(yù)警系統(tǒng)和信號集中監(jiān)測系統(tǒng)，避免網(wǎng)絡(luò)中可能存在的病毒和隱患，確保預(yù)警系統(tǒng)和信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。（6）操作終端用于人機交互，具體地，用戶可以通過操作終端對軌道電路的預(yù)警狀態(tài)進行查看和操作，還可以通過終端查看實時的室外溫度、濕度信息和軌道電壓數(shù)據(jù)。（7）維護終端用于預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)和維保人員對預(yù)警系統(tǒng)進行維護，對可能出現(xiàn)的預(yù)警系統(tǒng)本身的故障進行處置。（8）打印機為A3紙幅面網(wǎng)絡(luò)彩色激光打印機，用于打印數(shù)據(jù)報表，預(yù)警事件等信息。（9）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)上用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)庫查詢和操縱、數(shù)據(jù)庫維護等功能，管理的數(shù)據(jù)包括軌道電路溫度和濕度數(shù)據(jù)以及軌道電路的實時預(yù)警和歷史預(yù)警數(shù)據(jù)。（10）數(shù)據(jù)存儲和備份設(shè)備用于對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器所管理的上述數(shù)據(jù)進行存儲和備份。（11）預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)置預(yù)警算法模塊，用于對上述數(shù)據(jù)進行實時處理，通過理論計算得到軌道電路的預(yù)警狀態(tài)。（12）聲光報警裝置用于當軌道電路發(fā)生預(yù)警時，通過聲音和光源的方式對用戶進行提示，提醒用戶需要盡快處理。

2.2 工作原理

如圖2所示，本文提出的軌道電路預(yù)警系統(tǒng)部署在鐵路局車站信號樓內(nèi)，包括：室外通信接口服務(wù)器、室外防火墻、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲和備份設(shè)備、預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器、聲光報警裝置、室內(nèi)通信接口服務(wù)器、室內(nèi)防火墻、操作終端、維護終端、打印機、無線通信設(shè)備。無線通信設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)實時接收室外環(huán)境監(jiān)測裝置傳輸過來的室外環(huán)境監(jiān)測采集數(shù)據(jù)。具體地，室外環(huán)境監(jiān)測裝置安裝在室外道床的軌枕表面，安裝位置在兩根鋼軌的中間。室外通信接口服務(wù)器通過室外防火墻與無線通信設(shè)備相連，獲取室外環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，并利用室外防火墻進行物理隔離，確保網(wǎng)絡(luò)安全。室內(nèi)通信接口服務(wù)器通過室內(nèi)防火墻與同樣部署在鐵路局車站信號樓內(nèi)的信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的通信接口服務(wù)器相連，獲取存儲在信號集中監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的軌道電壓數(shù)據(jù)，其中，室內(nèi)防火墻用于物理隔離的，確保預(yù)警系統(tǒng)和信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器通過綜合分析軌道電壓、室外溫度和濕度數(shù)據(jù)，對軌道電路的預(yù)警狀態(tài)進行評價，當出現(xiàn)故障預(yù)警時通過驅(qū)動聲光報警裝置對現(xiàn)場維護人員進行提示。預(yù)警系統(tǒng)將預(yù)警報表、軌道電壓、室外溫度和濕度數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲到存儲和備份設(shè)備中，并通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對歷史數(shù)據(jù)進行維護和操作?，F(xiàn)場維護人員可通過操作終端對軌道電路的預(yù)警狀態(tài)進行查看和操作，還可查看實時的室外溫度、濕度信息和軌道電壓數(shù)據(jù)，必要是可通過打印機對預(yù)警報表和數(shù)據(jù)進行打印。預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)和維保人員可通過維護終端對預(yù)警系統(tǒng)本身可能出現(xiàn)的故障進行及時處置。室外通信接口服務(wù)器、室內(nèi)通信接口服務(wù)器、故障預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、操作終端、打印機、維護終端統(tǒng)一接入既有的鐵路局生產(chǎn)管理網(wǎng)中進行數(shù)據(jù)交互。

圖2 軌道電路預(yù)警系統(tǒng)組成及原理示意圖

3 結(jié)語

本文提出的軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：針對現(xiàn)有鐵路電務(wù)部門缺乏室外環(huán)境監(jiān)測手段的問題，提供了一種室外環(huán)境監(jiān)測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對室外溫度和濕度進行實時采集，監(jiān)測裝置能夠通過無線通信的方式將采集到的信息發(fā)送至室內(nèi)。此外，提出了一種預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)一方面與現(xiàn)有的信號集中監(jiān)測系統(tǒng)接口獲取電壓數(shù)據(jù)，另一方面通過無線方式接收室外環(huán)境信息，融合上述數(shù)據(jù)進行綜合評判，通過聲光報警裝置向用戶給出預(yù)警信息，輔助用戶提前對軌道電路開展維護工作，避免嚴重故障的發(fā)生。