铁路作为国家的经济大动脉，在交通运输系统中起着举足轻重的作用，其旅客和货物的运输量大大超过了其它运输方式。安全是确保铁路正常高效运输的前提，而对于影响铁路运输安全，特别是高速客运专线运输安全的强风、暴雨、暴雪、地震等自然灾害和跨线桥、隧道口和公铁并行区段的异物侵限灾害(如翻车、落石、落物)的预防和报警是保证铁路运输安全的重要手段。构建铁路防灾安全监控系统，就是构建保证铁路运输安全的“神经系统”，是构建铁路高速发展的“保护伞”。

　　高铁防灾安全监控系统方案的设计需要综合考虑高铁防灾安全监控的需求、系统整体的安全可靠性，以及实际项目实施中可能碰到的各种问题。以下就从防灾监控系统的总体方案、安全可靠性设计、项目实施中需要注意的问题这几个方面作一个粗浅的探讨。

　　总体方案

　　方案总体架构

　　防灾安全监控系统是构架于通信传输系统基础上的、集信息采集、存储、显示、查询分析和预案处理为一体，通过智能分析系统给出报警和决策信息的智能监测系统。防灾安全监控系统采用统一的处理平台，由调度所设备、监控数据处理设备、监控单元、现场监测设备及通信网络设备等所构成。防灾安全监控系统的总体方案包括：

　　(1)在各现场监测点设置风、雨、雪、地震，以及异物侵限现场监测设备;

　　(2)在邻近现场监测设备的GSM-R基站、车站的防灾机房内设置现场监控单元，根据所接入的现场监测传感器的功能不同，分别配置风、雨、雪、地震，以及异物侵限监测的监控单元主机;

　　(3)在线路主要车站或综合维修工区防灾机房设置监控数据处理设备;在铁路局工务处、综合维修基地等设置工务终端;

　　(4)在铁路局调度所设置防灾监控终端;

　　(5)各监控单元与工区、调度所间通过传输网络设备构成传输网络;

　　(6)防灾系统在完成异物侵限功能的现场监控单元处，通过继电接口直接与列控系统连接。

　　系统设备布置

　　风速风向计布置

　　时速300-350公里客运专线，最大瞬时风速30年均值(以下简称)，不小于15m/s的地区设风速风向计;时速200-250公里客运专线，不小于20m/s的地区布设风速风向计。

　　风速风向计基本布设原则：

　　1、山区垭口、峡谷、河谷等特殊区段或≥25m/s的大风区间，风速风向计的平均间距按1km计算。

　　2、轨面高度10m及以上的高架桥、高路堤等区段，风速风向计的平均间距按5-10km计算。

　　3、除上述情况外的平原区段，风速风向计的平均布设间距按15-20km计算。

　　4、根据客运专线运营速度及沿线气象条件、地理环境，合理布设并适时调整风速风向计的布设间距。具体布点设计过程如下：[nextpage]

　　(1)历史气象数据整理

　　A.地形原则

　　对于具有垭口、长大桥梁、隧道口、高路基等典型地形地貌的路段，根据气象站的历史风速资料分析两年一遇的瞬时最大风速，再通过风速原则确定布点。

　　B.风速原则

　　危险地段：两年一遇的最大瞬时风速大于30m/s;

　　控制地段：两年一遇的最大瞬时风速大于20m/s小于30m/s;

　　一般地段：两年一遇的最大瞬时风速小于20m/s;

　　在系统设计布点时，危险地段、控制地段需要实时观测风速风向。

　　C.监测点数量和位置原则

　　在危险地段和控制地段设置监测点时，应根据地形确定布点的具体位置和数量，设置依据如下。

　　垭口：中心必须设置监测点，长度大于800m的垭口根据地形情况适当增设。

　　桥梁：长度小于3km的桥梁，布设1个监测点;长度大于3km，且小于5km的桥梁，则根据现场地形情况布设1~2个监测点;长度大于5km，且小于15km的桥梁，布设3个监测点。桥中必须设置监测点。

　　高路堤：高路堤的布点原则参照桥梁的布点原则。

　　一般地段：除危险地段和控制地段之外，当一般地段连续长度超过15公里，应布置监测点。

　　(2)布点过程

　　根据线路平、纵断面图和桥梁、隧道特征资料，结合风监测布点原则进行布设。

　　首先参考平面图，再根据现场勘查情况。如，平面图上特大桥附近地势变化比较平缓，桥的中间是一条河道，四周比较开阔;现场实际观察，周围遮挡物较少，适宜设置风监测点。

　　(3)布点方案

　　通过现场考察、计算并结合布点原则得出线路风监测点的布点方案。风速风向计设于线路的迎风侧，一般安装于接触网杆上;风速风向计距轨面高度4-4.5m。

　　雨量计布置

　　系统在年降水量大于200mm的地区设置雨量计。雨量计布设基本原则如下：

　　(1)雨量计原则上设于路基区段，以及设有防护网的隧道口。

　　(2)路基未设防水层时，雨量计的布设间距原则上按25km计算。

　　(3)路基设有防水层时，雨量计的布设间距原则上按30km计算。

　　(4)根据沿线地形、地貌以及地质、植被情况，合理增设雨量计。

　　实地勘察时应搜集当地工务部门的既有雨量数据作为参考。有条件时，雨量计与风速风向计同址安装于接触网杆上;单独设置时，雨量计可设于综合维修段(综合维修保养点)、工务车间、工务工区等处。

　　雪深计布置

　　在降雪较频繁地区需要根据气象台站的积雪深度统计数据，结合积雪深度与首列车限速要求设置雪深计。雪深计布设基本原则如下：

　　(1)雪深计的布设间距原则上按50km计算;

　　(2)雪深计一般设于综合维修段(综合维修保养点)、工务车间、工务工区等处平坦、开阔、且具有自然下垫面的地方;

　　(3)容易大风搬运造成积雪的深路堑要重点布置;

　　(4)历史积雪深度小于最小积雪报警阈值的地区一般不需要监测;

　　(5)历史上经常出现积雪深度20cm以上的地区必须考虑积雪监测;

　　(6)布点应考虑铁路沿线的供电和通信;

　　(7)为方便与道岔融雪设备的联动，可考虑设置在道岔区段附近。

　　地震监测点与强震仪布置

　　地震监测点基本布设原则如下：

　　(1)地震动加速度0.1g及以上地区设地震监测点;

　　(2)地震监测点的布设间距一般不大于20km;

　　(3)地震监测点设于沿线的牵引变电所、AT所、分区所、开闭所内;

　　(4)每个地震监测点设2套地震仪，2套地震仪的间距一般不小于40m。[nextpage]

　　异物侵限监测传感器布置

　　异物侵限监测传感器设置于沿线公跨铁桥梁两侧，以及设有防护网的隧道口、高边坡处，经现场踏勘认为确有必要时应设异物侵限监测传感器;公路与客运专线轨面等高或公路高于客运专线轨面的公铁并行区段，经现场踏勘认为确有必要时应设异物侵限监测传感器。

　　监控单元布置

　　监控单元一般设置于沿线的GSM-R基站、牵引变电所、AT所、分区所、开闭所等处或共用房屋。积雪深度监控单元一般设于综合维修段(综合维修保养点)、工务车间、工务工区等处并合建房屋;有条件时，与监控数据处理设备共用机房。

　　监控数据处理设备

　　系统按运营维护管辖范围宜较集中地设置监控数据处理设备。

　　监控数据处理设备一般设置于综合维修段(综合维修保养点)、工务车间;其中，工务终端一般设于综合维修段(综合维修保养点)、工务车间的工务值班室。

　　调度中心设备

　　系统需按行车调度区段设置防灾终端。

　　方案安全可靠性设计

　　可靠性

　　防灾系统要求高可靠性和安全性，特别是控车部分要求符合故障-安全原则，系统可靠性和安全性设计主要从以下几个方面考虑：

　　· 监控单元板卡上采用工业级器件，室外传感器等采用固化设计，材质选择符合室外环境要求;室外的IC、半导体等器件需使用军品级器件;

　　· 系统在控车相关部件(如地震控制、异物侵限控制等)使用2×2取2配置，其余监测相关部件采用双套热备方式，从室外传感器、控制盒、通道、防雷、各类板卡都采用双冗余热备，任何一个板卡故障都不会影响系统的使用;

　　· 监控单元控车部分采用2×2取2架构，切换成功率达到100%。主备板切换时，继电器组合的状态原态保持，不出现继电器“眨眼”情况，系统采用双驱双采的方式实现;

　　· 系统MTBF可达到5×105,满足铁道部的标准要求;

　　· 监控数据处理设备采用的数据库服务器和应用服务器均采用双机热备设计，单机故障不会影响系统的运行。磁盘阵列采用N+1热备方式，单硬盘故障可实时切换到备用硬盘，提高了系统的可靠性;

　　· 主机和接口板为低功耗无风扇设计;

　　· 控制主机采用无操作系统设计;

　　· 严格要求硬件板卡符合安规、防雷、抗EMC干扰、环境温度等要求;

　　· 监控单元板卡采用防错插设计;

　　· 双UPS电源热备并实现无扰动切换，保证系统在UPS故障时仍能正常运行，提高了可用性;

　　· 电源模块采用均流冗余技术，实现多个电源板平均冗余，任何一个损坏都不影响系统的供电;

　　· 防灾监控系统采用良好的EMC设计，满足铁道部信号电子设备EMC要求;

　　· 防灾安全监控系统的防雷设计符合铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件的要求。

　　故障处理

　　在防灾安全监控系统发生故障时，为了不中断系统的处理，采用的相应技术措施包括：

　　· 整个系统支持双套热备，包括从传感器、接口板、主控板、驱动板、采集板、UPS电源、AC/DC电源、数据库服务器、应用服务器、防灾终端等都为双套热备，单设备故障不会影响整个系统的运行;

　　· 对于双套布置的风、雨、雪深、地震、异物侵限传感器，在单套故障的情况下系统，先只作出报警和通知维修人员维修的动作，并不直接输出控制，支持短期(8小时)单传感器数据可置信，只有在双套设备同时正常并同时报警时才输出控制。

　　可维护性

　　为了保证防灾安全监控系统便于维护，系统在设计时应考虑如下需求：

　　· 系统设计要便于故障的诊断，硬件采用工作状态灯、告警灯等提示告警，维修终端软件上实时显示系统的状态图形，并能查询内部告警的历史信息，方便维护和故障恢复;[nextpage]

　　· 设备采用模块化设计，组装简便，集成度高;

　　· 所有板卡都支持热插拔功能;

　　· 配置数据可远程在线升级。

　　系统热备性能

　　铁路防灾安全监控系统的热备性能如下：

　　· 数据库服务器的双机切换时间不超过3min;

　　· 应用服务器的双机切换时间不超过1s;

　　· 网络设备的双机切换时间不超过1s;

　　· 监控单元的双机切换时间不超过1s;

　　· 电源的双机切换时间不超过150ms;

　　· 报警信息的延时不超过1s;

　　· 与列控、联锁系统及牵引供电系统的接口电路延时不超过500ms。

　　方案实施

　　在项目方案实施过程中，还应对整个系统的各个方面做好细致周密的考虑，项目实施中需要关注的一些常见问题如下。

　　(1)户外设备防水、抗振动

　　安装在室外的传感器、数据传输单元、轨旁控制器等设备，在恶劣天气条件下，如暴雨，是否能保证其防水性能?结构件是否能够承受长期的轨旁振动?

　　为了保证防水性能，应优先考虑选用防护等级IP65及以上的传感器;数据传输单元和轨旁控制器采用防水箱设计，加强密封性能，包括增加橡胶垫圈、加固拉杆等，施工完成后做好灌封等。

　　在抗振性能方面，可考虑减轻设备重量，内部器件质量均匀分布，结构件采用双螺母紧固，加弹垫、螺丝拧紧后涂抹防松胶。

　　(2)户外设备结构件上锈

　　一些项目中户外设备的结构件在安装后，容易出现上锈的问题。因此对于金属结构件应尽可能采用不锈钢材质，采用普通钢材的要增加热镀锌工艺，并且在表面做喷塑处理。在结构件加工过程中，要把控好加工流程，减少酸碱等物质的残留。

　　(3)传感器数据异常

　　现场传感器尤其是风雨传感器容易出现数据异常。如列车高速通过时产生的影响，较易使传感器数据计算失败，还有环境或恶劣天气产生的干扰等等。这些需要整个系统的软件做好优化处理，滤除异常数据。

　　(4)异物监测误报

　　在以往的一些项目中出现过异物监测的误报，此类误报的影响比较严重，会影响到列车的正常运行。因此必须提高异物侵限子系统的安全等级，提高设备的可靠性，严格控制施工工艺流程，借鉴信号系统的安全理念，采用2×2取2的输出控制。同时做好主备机热备和切换，完善设备的自检测功能，完善设备管理运用规程，并严格执行。

　　(5)电源中断

　　UPS电源输入供电中断时，在电池耗尽前没有能够及时恢复供电，容易造成系统掉电。因此对于监控单元这类重要设备，其UPS必须采用双套布置。系统应具备完善的UPS监测功能，可远程实时监测UPS电源状态，对出现的故障进行实时的告警。

　　(6)雷电防护

　　要考虑感应雷对双电网传感器以及室内电子设备的影响，做好接地工程，让雷击浪涌具备泄放途径，增加必要的防雷模块，缩短泄放通路的长度。

　　(7)接触网安全距离

　　安装异物侵限双电网传感器的型钢悬臂与接触网距离不宜太近，部分地点的接触网距离型钢悬臂的安全距离不足1.5m，需考虑在型钢悬臂上增加绝缘保护。

　　(8)远程维护

　　一些系统的现场监测设备、现场监控单元布置在线路及基站机房，现场交通不便利，给设备的维护和升级带来了一定的困难。因此，整个铁路防灾监控系统要做好设备的状态监测，满足无人值守的需求，提供设备的远程升级和管理功能。