浅议高速铁路防灾系统的不足与优化
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作者: 刘金鹏
【摘 要】本文认真分析了中国高速铁路防灾安全监控系统的现状与功能，结合调度一线工作，深入剖析调度层面高速铁路防灾安全监控系统存在的问题与不足，提出解决问题的建议及对策。
【关键词】高速铁路；防灾；不足；优化
0 研究背景
中国高速铁路快速发展，高铁运营里程已突破1万公里，我国高铁点多、线长、跨度大，高铁线网遍布特大桥梁、长大隧道、公跨铁。线路环境，天气因素，地质灾害与高铁运行息息相关，任何一个环节发生问题，后果不堪设想。因此，防灾安全监控系统成为列车安全运行控制系统中不可缺少的组成部分，铁路现有的安全监测体系大多采用人工、间歇收集信息的方式，信息的准确性、实时性较差，已经不适应高速铁路日益发展的要求，很有必要对高速铁路安全防灾监控系统深入剖析，优化研究。
1 高铁防灾系统的结构功能与现状
安全防灾监控系统是架构于通信传输系统之上的一套集灾害信息采集、分析、处理和指导、辅助安全行车的平台，主要是对危及高铁安全的自然灾害（强风、暴雨、大雪、地震）及突发性灾害（坍方落石、异物侵入限界、列车事故及设备故障等）进行监测，并提供经处理后的灾害预警信息、限速信息或停运信息等，为调度指挥中心运行计划调整、下达行车管制、抢险救援、维修提供依据，保证高铁列车运行安全。
安全防灾监控系统包含风监测、雨监测、异物监测子系统。系统设备主要由室外风速风向计、雨量计、异物侵限等监测设备，通信基站内的监控单元，中心的监控数据处理设备，以及防灾监控终端、工务调度终端、维护终端等组成。以TFZh型防灾系统为例，其系统组成图可由图1说明。下面以沪杭高铁线调度防灾监控终端为例来分析其主要功能。
1.1 风监测子系统主要功能
发生大风超限报警后，风监测点实时显示大风报警状态和实时风速值，监测点的颜色变为大风报警等级对应指示颜色，监测点弹出报警框并显示限速区域和限速值，调度员依据其发布调度命令控制列车运行。当瞬时风速值连续10s均超过某一报警门限值时，报警升级；当瞬时风速值连续10min均低于当前报警门限值时，报警降级或解除。
1.2 雨监测子系统主要功能
当雨量超过设定值时，发生雨量报警，工务和调度终端弹出雨量报警界面，显示限速区段和限速建议值，调度员需根据限速建议对动车组进行限速。根据防灾系统管理办法，在符合报警解除条件时，工务值班人员点击工务终端上的雨量报警界面中“清除雨量报警按钮”解除该监测点当前雨量报警，此时调度终端自动弹出雨量报警解除界面。
1.3 异物监测子系统
异物侵入导致电网断线，系统提示报警禁止行车，调度员扣车处理。根据防灾系统管理办法，待上下行临时通车具备操作条件时，调度员按压上行（或下行）临时通车按钮，恢复行车。现场维修人员清理完障碍物，对电网进行修复后，维修人员按下轨旁控制器内现场恢复按钮，现场恢复操作成功，调度员确定列车可以恢复正常运行时，按下调度恢复按钮，调度恢复成功，异物侵限恢复正常。
2 高铁防灾系统的不足与优化
2.1 风监测子系统的不足与优化
由于环境风速具有突变性和不确定性，并且风速仪设置有很大的局限性，因此大风对高铁运行的影响最为常见。发生大风报警时，往往不是一处报警，而是好几处报警点同时报警，这就需要调度员立即通知报警范围里的列车限速运行，核对限速值和限速范围，发布调度命令，设置列控限速命令。调度员在短时间内完成一连串高强度工作，纵使有三头六臂，也疲于应对。再加上风速升级和降级的不确定性以及运营中不利因素耦合的可能性，高铁运营的风险大大增加。
因此，要减少高铁列车运行的安全风险，就要求灾害信息传送具有实时性。风监测子系统目前仅具备风速报警提示功能，有必要对其进一步优化完善，风监测子系统应该纳入列车运行控制系统（图2）。当发生大风超限报警时，风监测子系统根据风速自动生成限速信息，并将限速值和限速范围发送至调度集中系统（CTC），CTC自动判断限速范围内的列车运行速度，待列车速度降至限速范围以内时，自动拟定列控限速调度命令并传输至列控限速服务器（TSRS），TSRS负责校验TSR命令并分发给列控中心（TCC）和无线闭塞中心（RBC）执行，TCC控制应答器将TSR信息传给C2列车，RBC通过铁路数字移动通信系统（GSM-R）将TSR信息传给C3列车，动车组ATP收到TSR信息后，实时控制列车运行。当报警升级或降级时，列车安全运行控制系统自动判断列车停运，降速或提速。以上这些控制流程要求在瞬间完成，调度员根据报警信息及时调整列车运行，并核对限速值和限速范围。
2.2 雨监测子系统的不足与优化
同理，雨量监测子系统也纳入列车运行控制系统，发生雨量报警后，根据小时降雨量生成的限速传送至列控系统，自动控制列车限速运行。雨量报警解除后，列控系统应具备自动识别线路允许速度的区段，并提供逐级提速控速功能。
此外，非高架区段及隧道区段轨道应装设积水量探测系统，当某区段积水高于轨面时，立即反馈防灾安全系统，并确认水面位置，当积水未超过轨面100mm时，ATP控制列车禁止通过积水地段；当积水超过轨面100mm时，反馈供电系统停止所在单元供电。
2.3 异物侵限子系统的不足与优化
当发生监测终端异物侵限红色报警信息后，轨道电路区段自动产生红光带，列车自动防护系统控制列车在红色报警点前停车。在红光带取消后，设备恢复正常使用前，ATP自动控速120km/h越过报警点闭塞分区，并自动设置列控限速调度命令。设备恢复使用后，列车调度员将自然灾害及异物侵限监测系统中复原按钮解锁，使系统恢复到正常状态，列控限速自动取消。
3 建议与对策
高铁防灾安全监控系统应纳入列车运行控制系统，并加入防灾信息交互系统中（图3），这样不仅可以在恶劣天气条件下缩短调度员应急处置的宝贵时间，更重要的是防灾系统自动化控制列车运行安全。结合高速线网所在地区实际可能发生的灾害，还需建立更多有针对性的监测、报警系统，采取对应的预防措施，以便灾害的破坏降到最低或避免灾害的破坏。 3.1 建立牵引供电安全监控系统
牵引供电系统由牵引变电子系统和接触网子系统构成。自然灾害及异物侵限严重影响牵引变电设施的安全，危及高速铁路的运行；风速变化对接触网产生的影响直接关系到列车的安全运行，接触网网压的稳定性也将影响列车的运行。因此，应建立牵引供电安全监控系统。
3.2 建立轨温和路基监测系统
由于轨温与气温有紧密的联系，应选择在线路条件不利的地点（如路基、道床、曲线、坡度等）设立钢轨温度传感器，在桥梁较多地段或曲线较多地段，可根据实际情况适当增设，同时设置气象信息采集点，以便对比决策。
在软土路基和滞洪路堤等重要地点设立路基监测系统，系统由测斜仪、沉降仪等传感器，数据记录与处理和信息显示与传输三部分组成。当传感器受外界应力变化时（如线路沉降），将变化信号传输至调度所，为列车运行提供决策依据。
3.3 建立长大桥梁和隧道监测系统
除了自然灾害对桥梁的危害外，高速荷载对特大桥梁的稳定性也有很大影响，所以需要对河流通航桥墩和桥梁结构设置桥墩防撞仪和加速度仪进行监测，在公跨铁和铁路交叉处还需设置限界障碍检测和桥墩防护工程。
在非特大灾害条件下（如爆炸、地震、山体滑坡等），隧道灾害主要表现为火灾、水灾、空气动力学问题和隧道侵限及结构失稳问题。隧道灾害发展缓慢，对其长期的监测必不可少。
3.4 设置地震监测系统
充分利用国家地震网信息资源，在地震多发地区设置振动加速度传感器和中心监视设备，当水平地震加速度达到警戒值时，加速度报警仪即发出警报，为震后列车运行管制提供数据，并为震后确定巡检区间、巡检方式及列车限速等提供依据。
3.5 建立车站防灾系统
大型车站应设有自己的防灾中心，建立旅客导向信息系统。一旦发生紧急状况，比如火灾，烟雾时，可及时自动采取灭火、排烟、隔离火源等措施，并有效地疏导旅客，对车站安全起到辅助作用，这也是列车运行管理系统中的一部分。
除了建立各种监测系统外，还必须有应急救援、事故处理、状态恢复等设备和能力，以便事故损失降到最低程度。因此，进行全面系统的研究，提出适合自身的高速铁路运营模式以及自然环境的安全监控系统方案，仍是我国高速铁路建设的一个重要课题。
[责任编辑：汤静]
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