防灾安全监控系统技术方案及工程技术总结1

客运专线铁路防灾安全监控系统技术方案及工程设计总结第一节防灾系统简介第二节系统构成及功能第三节系统设置方案第四节接口设计第五节京沪高速防灾工程简介第六节回顾及探讨第一节防灾系统简介一、系统概述二、有关设计规范、标准三、主要设计原则客运专线铁路防灾安全监控系统技术方案及工程设计总结•防灾安全监控系统是保证高速铁路专线安全运行的重要基础设施之一，是架构于通信传输系统之上的安全信息采集、监控系统，为列车运行管理提供数据和依据。防灾安全监控系统包括风速风向监测、雨量监测、雪深监测、地震监控及异物侵限监控系统。•防灾安全监控系统由风、雨、雪、地震以及异物侵限现场监测设备，现场监控单元，监控数据处理设备，工务终端，调度所设备，传输网络等组成。一、系统概述防火墙雪深计监测设备监控单元调度所监控数据处理设备防灾终端通信设备交换机数据库服务器磁盘阵列数据库服务器应用服务器应用服务器维护终端轨旁控制器监控单元列控系统牵引供电系统风速风向计双电网传感器地震仪监控单元通信SDH（MSTP）传输系统轨旁控制器列控系统牵引供电系统风速风向计双电网传感器地震仪监控单元雨量计轨旁控制器双电网传感器列控系统工务终端工务调度、工务段接口服务器接口服务器时钟服务器接口服务器接口服务器防火墙相邻防灾系统通信设备短信模块运调等信息系统防灾安全监控系统构成图•(二)国内外防灾系统简介•1、国外•由于高速铁路的运行受风、雨、雪、洪涝、轨温、地震主要灾害的威胁，因此各个国家都对灾害的防治十分重视。经过长期的研究以及运营的实际经验，各国都认为灾害的预防比灾害的治理更加重要，同时也更容易实施，因此，防灾安全监控系统成为了高速铁路不可或缺的系统。•国外高速铁路及客运专线的防灾安全监控系统主要以法国和日本为代表。•法国地中海线的防灾安全监控系统由许多独立的系统组成，主要由风监测、落物监测、地震监测和防护开关等系统组成，系统之间并没有进行整合。•以风监测系统为例，法国风监测系统由现场采集设备（风速计）、车站设备和中心设备组成。现场采集到的信息通过电缆通道传送至车站设备，车站设备通过分析得出处理方案，一方面将信息送至CTC系统进行控车，另一方面将信息送至告警器。同时还要将信息送至调度中心。处理方案根据现场采集的信息和规定的限速标准进行比较而确定。限速标准的制定是综合考虑了运营商的需要以及灾害的危害程度。RoutingArteryAModemModemMeasuringUnitnr1MeasuringUnitnr2MeasuringUnitnr3MeasuringUnitnr4LineALineBMeasuringstationModemModemProcessingUnitAProcessingUnitBModemModemModemAlarmsProcessingstationRoutingArteryBCTCTCSSpeedLimitsCTCWMSACTCWMSBHUB图2-11地中海线地震监测点站房外观系统构成示意图图2-12地震仪外观及构造•日本是世界上灾害发生比较频繁的国家之一，因此日本铁路对于灾害的防范工作十分重视。新干线运营40余年来未发生过因灾害事故导致旅客死亡且保持着极低的安全事故率，这首先归功于其日益完善的安全保障体系。防灾安全监控系统是日本新干线上的COSMOS系统（综合调度系统）中的一个重要的子系统，沿线设置了地震、风、雨、洪水、雪、轨温及异物侵限等多种监测装置，当出现灾害或突发事件时自动向防灾安全监控系统发出报警信息，采取紧急处置措施控制列车停车或减速。图1-1因地震而脱轨的朱鹮325号列车•法国乃至欧洲的防灾安全监控系统的设计理念与日本有很大的差别。它首先对每一种灾害对行车造成的危害进行风险评估，根据危害程度及风险系数划分为“可以接受”和“不能接受”两个层次，对于“可以接受”的灾害忽略不计；对于“不能接受”的灾害进行分析，考虑在具体条件下如何进行风险防范。而日本则先根据以往的经验设置防灾系统，然后通过运营的实践再不断地对其进行调整。•（二）国内•国内设置防灾安全监控系统的线路主要有：京津、甬台温、温福、长吉、福厦、京沪、郑西、昌九、沪杭、厦深、成绵乐武广、石太、广深、哈大、合蚌、汉宜、盘营；沪宁、京石武、海南东环、杭甬、杭宁、西宝；合武、广珠•设置的系统风、雨、雪（哈大、长吉）、地震（京津、京沪、哈大等），异物。•二、有关设计规范、标准（一）技术管理规程及管理办法《铁路技术管理规程》（铁道部令第29号）；《铁路客运专线技术管理办法（试行）》（200～250km/h部分）（铁科技〔2009〕116号）；《铁路客运专线技术管理办法（试行）》（300～350km/h部分）（铁科技〔2009〕212号）；（二）国家标准《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）；《电子计算机场地通用规范》（GB2887-2000）；《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50303-2004）；《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）；《电磁兼容试验和测量技术》（GB/T17626-1998/IEC61000-4：1992）；《不间断电源设备》(GB/T7260－2003)《外壳防护等级》（GB4208-2008/IEC60529：2001）；《微型计算机通用规范》（GB/T9813-2000）《软件产品质量要求与评价》(GBT25000.51-2010)•（三）行业标准《高速铁路设计规范（试行）》（铁建设〔2009〕209号）；《铁路工程设计防火规范》（TB10063-2007）；《铁路信号设计规范》（TB10007-2006J529-2006）《铁路通信设计规范》（TB10006-99J529-2006）《铁路电力设计规范》（TB10008-2007）《地面气象观测规范》（QX/T61-2007）；《地震台站建设规范强震动台站》（DB/T17-2006）；《中国数字测震台网技术规程》（中国地震局JSGC-01）《数字强震动加速度仪》DB／T102001；《环境参数及其严酷等级的分级》（IEC721-3-3：1994）；《电工电子产品环境试验》（IEC60068-2-14：1984）；（四）铁道部现行技术政策《信号系统与异物侵限监控系统接口技术条件》（运基信号〔2009〕719号）；《关于印发〈高速铁路防灾安全监控系统管理办法（暂行）〉的通知》（铁运〔2010〕28号）；《关于印发〈高速铁路防灾安全监控系统-公跨铁异物侵限监测方案〉的通知》（运技基础〔2010〕739号）；《关于印发〈铁路客运专线技术管理办法（试行）修改补充内容〉的通知》（铁运〔2011〕47号）；《关于印发〈冰雪天气动车组列车限速暂行规定〉的通知》（铁运〔2011〕17号）；铁道部关于铁路防灾安全监控系统有关设施设置要求的通知（铁建设〔2012〕149号）《CTCS-3级列控系统技术创新总体方案》（铁运〔2008〕73号）；《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》（铁建设〔2007〕39号）；三、主要设计原则系统设计原则标准化规范化可靠性可扩展性可维护性先进性安全性（一）标准化、规范化原则1.统一系统整体架构;2.从按线建设防灾体系向区域、路网性防灾体系发展；3.制定系统技术标准，规范设备选型原则；4.铁道部相关业务部门共同协商确定（不能一线一议）;5.防灾系统与运营调度系统/CTC系统，信号联锁、列控系统，牵引供电系统,通信系统等信息交换内容及接口标准。（二）可靠性原则1.通过采用合理的系统架构、冗余配置（服务器、监控单元主机、网络、传输通道、传感器冗余）等各种手段确保系统不发生误报及漏报；2.通过制定系统的工作环境（考虑现场环境、区间机房极限环境）标准，规范系统设备制造工艺，提高系统可靠性；3.不因系统自身的故障影响其他系统的正常工作：应具备远程恢复等功能，不能因本系统故障、误报影响列控联锁、牵引供电等控制系统动作。系统构建应支持系统容量、系统功能的平滑扩展，设备应采用模块化结构，不能因系统在容量、功能方面的扩展影响已有系统的稳定运行。（三）可扩展性原则（四）安全性原则1.应通过制定应用安全、网络安全、接口安全等标准保证防灾系统的安全性；2.防灾系统与信号列控联锁、牵引供电系统接口应尽量满足信号、牵引供电系统的安全等级。第一章系统概述（五）可维护性原则（六）先进性原则1.系统应具备自检、设备集中监控等功能，便于集中维护管理；2.现场设备应具备便捷的维护管理方式（传感器安装方式等）。监控数据处理设备、监控单元、传感器及网络设备的选型应采用技术先进的产品。第一章系统概述第二节系统构成及功能一、系统构成二、系统功能客运专线铁路防灾安全监控系统技术方案及工程设计总结•一、系统构成•现场监测设备，现场监控单元，监控数据处理设备，工务终端，调度所设备，传输网络等组成。由数据库服务器、应用服务器、磁盘阵列、维护终端、网络交换机、对外通信接口、黑白激光打印机、防雷单元、网络安全设备、UPS电源及维护终端桌等组成。（1）监控数据处理设备构成123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC网络传输系统双冗余局域网数据库服务器应用服务器ESCONBATTLOADONBYPASSFAULTUPS打印机磁盘阵列Com3数据库服务器系统维护台123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xCATS电源切换箱ESCONBATTLOADONBYPASSFAULT双交换机电源防雷箱ESCONBATTLOADONBYPASSFAULT电力专业提供监控数据处理设备系统构成（二）调度所设备构成（1）以太网交换机；（2）列调台防灾安全监控终端；（3）接口服务器；（4）UPS。调度所设备防灾终端通信设备接口服务器接口服务器防火墙防火墙运调等信息系统调度所终端界面调度所终端界面（三）工务监控终端构成1.工务终端由计算机（含显示器）、激光打印机、UPS电源、音箱、计算机桌椅等组成;2.工务终端按单套配置，配置与调度所监控终端相同。显示器不小于17吋；UPS按单机配置，供电时间不小于30分钟。（四）监控单元构成1.监控单元由监控主机模块、各种监测功能模块、继电器组合模块、防雷单元、UPS电源、机柜等组成;2.监控单元主机模块及各种监测功能模块（不含继电器组合模块）按双机热备配置、支持热插拔，并且双机热备配置的主机和各种监测功能模块在二块不同的电路板上;3.UPS电源选用在线式产品，按双机冗余配置，供电时间不少于2小时（含所有设备供电）。监控单元构成图基站防灾监控机柜监控主机PLCA监控主机PLCBUPS1UPS2继电器接口1继电器接口2继电器接口3电源防雷控制电源场间电源电源切换壁挂配电箱风速风向计雨量计现场控制箱双电网传感器通信SDH（MSTP）传输系统监控数据处理设备数据库服务器应用服务器维护终端预留接口同步总线数字量输入输出列控接口列控接口列控接口•（一）风速风向计•每处风监测点包括2台风速风向计、1个现场接线箱（含传输接口设备、电源及防雷设备）。（五）现场监测设备风监测设备设置构成及安装热场式超声波超声波超声波风杯式热场式风速计原理•风速计将流速信号转变为电信号的一种测速仪器，也可测量流体温度或密度。其原理是，将一根通电加热的细金属丝（称热线）置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。它有两种工作模式：①恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速；②恒温式。热线的温度保持不变，如保持150℃，根据所需施加的电流可度量流速。•用超声波测量风速风向，其核心在于测量超声波在空气中传播的时间，即所谓的飞渡时间