【導(dǎo)讀】所編號(hào)：2020年DZYF字第號(hào)。中國鐵道科學(xué)研究院研究報(bào)告。異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件編制及提高系統(tǒng)。二○一三年十二月·北京。研究報(bào)告文件專頁。院計(jì)劃編號(hào)合同編號(hào)Z2020-067. 報(bào)告類型研究報(bào)告報(bào)告時(shí)間2020年12月。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王彤密級(jí)√非密□秘密□機(jī)密。項(xiàng)目組成員史宏、王瑞、戴賢春、沈敬偉、武明生、王楠、李亞群、張德強(qiáng)、、徐成偉、陳中雷、楊振華。完成單位中國鐵道科學(xué)研究院電子計(jì)算技術(shù)研究所。編撰王彤關(guān)鍵詞防災(zāi)、異物侵限、可靠性。高速鐵路是一項(xiàng)采用大量新技術(shù)，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的復(fù)雜系統(tǒng)工程，高速鐵路異物。侵限監(jiān)測系統(tǒng)為減少自然條災(zāi)害及異物侵限對(duì)高速鐵路行車的影響，保障其安全高。效運(yùn)營起到了重要作用，但在應(yīng)用過程中也暴露出一些問題和缺陷，特別是異物侵。限監(jiān)控的穩(wěn)定性不高，出現(xiàn)誤報(bào)次數(shù)較多，本課題通過收集分析國外高速鐵路異物。測系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀、存在問題進(jìn)行調(diào)研分析，建立系統(tǒng)可靠性模型和現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人（簽字）學(xué)委會(huì)負(fù)責(zé)人（簽字）主管領(lǐng)導(dǎo)（簽字）

　　

【正文】 備報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖 滬寧線高速鐵路設(shè)備故障報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖 36 所示。 圖 36 滬寧 高速鐵路設(shè)備報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖 從以上數(shù)據(jù)來看，基本上可以認(rèn)為高速鐵路 異物侵限 監(jiān) 測 系統(tǒng)在開通運(yùn)營的頭一至二年內(nèi)屬于系統(tǒng)的早期失效期，故障率較高，在第三 年開始基本進(jìn)入系統(tǒng)的偶然失效期，此時(shí)系統(tǒng)基本趨于穩(wěn)定，此階段的可靠性水平可以認(rèn)為是系統(tǒng)的可靠性水平，之后隨著設(shè)備的老化將進(jìn)入系統(tǒng)的耗損失效期，高速鐵路防災(zāi)安全正文 中國鐵道科學(xué)研究院 37 監(jiān)控系統(tǒng)的故障率水平變化應(yīng)如圖 37 所示。 圖 37高速鐵路 防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)故障率隨時(shí)間變化 圖 因而，從調(diào)研數(shù)據(jù)來看， 高速鐵路 防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)可靠性方面亟需解決的問題是系統(tǒng)的早期失效期時(shí)間太長，系統(tǒng)穩(wěn)定后的可靠性水平不夠高，然后需要對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行長期的監(jiān)測，確定系統(tǒng)進(jìn)入耗損失效期的時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行 維修更換和整改，防止系統(tǒng)可靠性突然下降 。 小結(jié) 綜 合 調(diào)研情況和數(shù)據(jù)分析，總結(jié)現(xiàn)有異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)可靠性方面存在的問題主要為設(shè)備 故障、誤報(bào)發(fā)生率較高 ，主要表現(xiàn)在： （ 1） 在設(shè)備硬件方面：存在接口松動(dòng)等引起設(shè)備故障報(bào)警的情況，存在 異物侵限監(jiān)測電網(wǎng)出現(xiàn)老化，部分監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)部電纜已氧化產(chǎn)生銅綠 和部分 監(jiān)測電網(wǎng)托架錨固螺栓銹蝕 的現(xiàn)象，存在防雷、電源空開保護(hù)等功能不完善，存在因雷擊，空開跳閘等引起的異物侵限誤報(bào)的情況； （ 2） 在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面：存在因網(wǎng)絡(luò)故障引起的大量設(shè)備報(bào)警的現(xiàn)象； （ 3） 在設(shè)備維護(hù)方面：因 異物侵限監(jiān)測電網(wǎng) 和監(jiān)控單元的設(shè)置地點(diǎn)的特殊性導(dǎo)致 日常維護(hù) 較困 難 。 正 文 38 中國鐵道科學(xué)研究院 4 高速 鐵路 異物侵限監(jiān)測 系統(tǒng)需求分析 高速 鐵路網(wǎng)沿線 地理 概述 為了改善我國鐵路建設(shè)和運(yùn)營現(xiàn)狀，縮短我國鐵路運(yùn)營與發(fā)達(dá)國家之間的差距，近幾年來我國加大了對(duì)鐵路建設(shè)的投資。 2020 年 1 月，國家原則通過《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，明確了我國鐵路網(wǎng)中長期建設(shè)目標(biāo)。 2020 年 11 月，我國出臺(tái)了擴(kuò)大內(nèi)需的十項(xiàng)措施，措施之一就是加大鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的投資，根據(jù)這一措施，鐵道部對(duì)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》進(jìn)行了調(diào)整。規(guī)劃目標(biāo) :到 2020 年，中國鐵路網(wǎng)總里程達(dá)到 12萬公里。這對(duì)促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長、全面建設(shè)小康社會(huì)，是十分必要的。 建設(shè)高速鐵路，是規(guī)劃最主要的內(nèi)容，到 2020 年的目標(biāo)是 :建成高速鐵路 萬公里，形成“四縱四橫”高速鐵路骨架建成環(huán)渤海圈、長江三角洲、珠江三角洲地區(qū)快速客運(yùn)系統(tǒng)鐵路 2020 公里。 通過建設(shè)高速鐵路和推進(jìn)既有線提速，建成鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn) 2020 公里左右范圍內(nèi)夕發(fā)朝至 。4000 公里左右范圍內(nèi)一日到達(dá)。 l)“四縱”高速鐵路 : (l)北京 ~上海高速鐵路，貫通京津至長江三角洲東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū) 。 (2)北京一武漢一廣州 ~深圳高速鐵路，連接華北和華南地區(qū) 。 (3)北京一沈陽一哈爾濱 (大連 )高速鐵路，連接?xùn)|北和 關(guān)內(nèi)地區(qū) 。 (4)杭州一寧波一福州一深圳高速鐵路，連接長江、珠江三角洲和東南沿海地區(qū)。 2)“四橫”高速鐵路 : (l)徐州 ~鄭州 ~蘭州高速鐵路，連接西北和華東地區(qū) 。 (2)杭州 ~南昌 ~長沙一昆明高速鐵路，連接華中和華東地區(qū) 。 正文 中國鐵道科學(xué)研究院 39 (3)青島一石家莊 ~太原高速鐵路，連接華北、華東和西南地區(qū) : (4)南京 ~武漢 ~重慶 ~成都高速鐵路，連接西南和華東地區(qū)。 3)三個(gè)城際客運(yùn)系統(tǒng) 環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)城際客運(yùn)系統(tǒng)，覆蓋區(qū)域內(nèi)主要城鎮(zhèn)。 為了實(shí)現(xiàn)這一規(guī)劃的要求， 2020 年，國務(wù)院先后批準(zhǔn)立項(xiàng)武廣 (武漢 一廣州 )、鄭西 (鄭州一西安 )、石太 (石家莊一太原 )、京津 (北京一天津 )、合寧 (合肥一南京 )、合武 (合肥一武漢 )、溫福 (溫州一福州 )、福廈 (福州一廈門 )、甫溫 (寧波一溫州 )等 9 條設(shè)計(jì)時(shí)速超過 200km/h 的高速鐵路項(xiàng)目，總里程達(dá) 3000 多千米。 截至 2020 年已建成并開通運(yùn)營客運(yùn)專線 20余條，總里程已達(dá) 1 萬余千米。 圖 41 中長期高速鐵路網(wǎng)規(guī)劃示意圖 通過《中長期鐵路高速鐵路網(wǎng)規(guī)劃示意圖》可知，我國高速鐵路網(wǎng) 與高速公正 文 40 中國鐵道科學(xué)研究院 路網(wǎng)有大量的交叉點(diǎn)，異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè) 直接關(guān)系到 高速鐵路運(yùn)營安全 的需求。 高速 鐵路 行車組織概述 在對(duì)國外高速鐵路的運(yùn)輸組織模式的分析研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國鐵路己有的對(duì)高速鐵路運(yùn)輸組織模式的研究成果，結(jié)合世界發(fā)達(dá)國家高速鐵路運(yùn)輸組織發(fā)展方向。我國高速鐵路承擔(dān)本線的高速客流和跨線的大部分中長途客流，既有線承擔(dān)貨物運(yùn)輸和少量的慢車客流。我國高速鐵路在相當(dāng)一段時(shí)間都作為高速鐵路使用，其運(yùn)輸組織模式采用“不同速度的列車共線匹配運(yùn)行”的運(yùn)輸組織模式，最終才發(fā)展為全高速的運(yùn)輸組織模式。 “不同速度的列車共線匹配運(yùn)行”的運(yùn)輸組織模式是指 :高速鐵路上本線列車和跨線列車共線運(yùn)行，除本線列車全部采用動(dòng)車組外， 跨線列車也采用動(dòng)車組，但動(dòng)車組的等級(jí)不同，其最高運(yùn)行速度存在差異從而形成不同速度的旅客列車，共同在高速高速鐵路上運(yùn)營的局面。 與國外鐵路相比，我國鐵路具有線路長、運(yùn)行密度高、開行方案復(fù)雜、客貨共線運(yùn)輸?shù)纫幌盗刑攸c(diǎn)，高速鐵路網(wǎng)絡(luò)與既有線網(wǎng)絡(luò)在樞紐、大型車站和端點(diǎn)站等區(qū)域與既有線關(guān)聯(lián)密切，尤其是始發(fā)站與動(dòng)車段間的走行線路，由于受地形等因素限制，很難做到無干擾立體化運(yùn)行。此外，為方便旅客出行，減少旅客換乘，通常會(huì)采用動(dòng)車組跨線運(yùn)行模式，這將為我國鐵路的運(yùn)輸組織和調(diào)度指揮帶來全新的挑戰(zhàn)。 我國高速鐵路行車調(diào)度指揮系 統(tǒng)改變傳統(tǒng)行車組織方式為按計(jì)劃作業(yè)，廣泛采用基于信息通信技術(shù)的調(diào)度集中系統(tǒng) CTC/TDCS 和列控系統(tǒng) CTCS3，并與行車計(jì)劃、運(yùn)行圖編制系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施和載運(yùn)工具的養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃等系統(tǒng)最大限度的集成。高速鐵路運(yùn)輸計(jì)劃是經(jīng)過統(tǒng)籌考慮和反復(fù)優(yōu)化的，各個(gè)運(yùn)輸業(yè)務(wù)單元嚴(yán)格按照運(yùn)行圖作業(yè)。 公路跨 高速鐵路的 異物侵限 將 可能導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失和 整個(gè)鐵路運(yùn)輸過程 的 失序 ，公路跨 高速鐵路的 異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)將對(duì) 高速鐵路行車調(diào)度指揮系統(tǒng) 提供有效的支撐 。 正文 中國鐵道科學(xué)研究院 41 異物侵限對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)的影響 隨著列車運(yùn)行速度的不斷提高，對(duì)列車運(yùn)行安全也提出 了新的要求。高速列車的運(yùn)行與旅客生命財(cái)產(chǎn)息息相關(guān)，成為國家重大生命線工程。自然災(zāi)害（地震、風(fēng)、雨、雪、洪水等）或突發(fā)事件、異物侵限、軌溫、地質(zhì)沉陷等對(duì)于高速列車的運(yùn)行危害性極大，尤其是異物侵限等災(zāi)害，由于其自身突發(fā)性的特點(diǎn)，在列車運(yùn)行速度達(dá) 200km/h 時(shí)，哪怕是較小的災(zāi)害也可能會(huì)導(dǎo)致危害國家財(cái)產(chǎn)和旅客生命安全的重大事故。在高速鐵路較為發(fā)達(dá)的法國、德國、日本等，均在高速鐵路建設(shè)的先期就開始規(guī)劃并建設(shè)針對(duì) 異物侵限 的 異物侵限監(jiān)測 系統(tǒng)以防止或減輕 異物侵限 對(duì)高速鐵路運(yùn)輸安全的危害。 因而 高速鐵路 異物侵限監(jiān)測系統(tǒng) 對(duì)保 障高速列車運(yùn)行安全具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。 緊急處置方案 高速鐵路 異物侵限監(jiān)測系統(tǒng) 緊急處置子系統(tǒng)是高速鐵路發(fā)生 異物侵限 而采取的緊急處置措施，使處于事件影響范圍內(nèi)運(yùn)行中的列車盡快停車，主要措施 為 通過列控系統(tǒng)控車 ， 為爭取寶貴處置時(shí)間，減少人工干預(yù)，采取發(fā)生報(bào)警后自動(dòng)緊急處置，具體處置方案如下： 異物侵限報(bào)警緊急處置采用與列控系統(tǒng)相連的自動(dòng)緊急處置方式，接口采用AX 型繼電器并符合故障 安全原則 ，處置流程如下： 1) 列控中心收到報(bào)警信息后，自動(dòng)發(fā)出停車信號(hào)。此時(shí)該報(bào)警信號(hào)也自動(dòng)傳送至調(diào)度中心的監(jiān)控終端（雙重確認(rèn)） 。 2) 值班調(diào)度在收到報(bào)警信息，通過視頻等輔助手段發(fā)現(xiàn)災(zāi)害沒有對(duì)行車安全造成威脅時(shí)，啟動(dòng)該區(qū)間的 臨時(shí) 行車命令（由停車信號(hào)改為瞭望行車信號(hào)），向列車司機(jī)通報(bào)情況。 3) 值班調(diào)度員收到報(bào)警信號(hào)后，通過視頻等輔助手段發(fā)現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)場影響行車安全，在自動(dòng)啟動(dòng)停車信號(hào)的同時(shí)，下達(dá)停車調(diào)動(dòng)命令，向列車司機(jī)通報(bào)正 文 42 中國鐵道科學(xué)研究院 情況。 4) 停車期間值班調(diào)度調(diào)整整個(gè)線路的列車運(yùn)營圖。 5) 臨時(shí) 期間，通過該區(qū)間的列車減速行車。 6) 監(jiān)控中心的值班人員下達(dá)現(xiàn)場排障任務(wù)單。 7) 維修人員應(yīng)在報(bào)警信號(hào)發(fā)生后 1 至 4 小時(shí)趕到事故現(xiàn)場。行車密度高的線路可提高響應(yīng)速度。 8) 列車司機(jī)、調(diào) 度中心、監(jiān)控中心與現(xiàn)場人員在此期間相互保持聯(lián)絡(luò)（通過 GSMR 手機(jī)及調(diào)度電話）。 9) 維修人員到現(xiàn)場排障后，按動(dòng)解鎖開關(guān)發(fā)出解鎖信號(hào)，同時(shí)通過 GSMR手機(jī)通報(bào)現(xiàn)場情況。 10) 值班調(diào)度收到解鎖開關(guān)信號(hào)，發(fā)出 臨時(shí) 行車命令。 11) 維修人員觀察現(xiàn)場后，發(fā)現(xiàn)可簡單恢復(fù)現(xiàn)場檢測設(shè)備，立即進(jìn)行恢復(fù)。無條件恢復(fù)時(shí)，通過 GSMR 手機(jī)上報(bào)監(jiān)控中心，并提出恢復(fù)方案及所需條件。 12) 調(diào)度中心收到現(xiàn)場恢復(fù)信號(hào)后，下達(dá)恢復(fù)正常行車命令。 13) 列車司機(jī)得到調(diào)度員發(fā)出的恢復(fù)正常行車的命令后，恢復(fù)正常行車。 14) 監(jiān)控中心打印完整的事故及處理報(bào)告。 15) 監(jiān)控中心應(yīng)繼 續(xù)監(jiān)督完成現(xiàn)場檢測設(shè)備的恢復(fù)工作。 業(yè)務(wù)過程建模（功能與數(shù)據(jù)） （ 1）行車指揮用戶通過可視化界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控災(zāi)害報(bào)警信息，并按照災(zāi)害發(fā)生處置預(yù)案及時(shí)采取緊急處置措施。 （ 2）基礎(chǔ)設(shè)施維修用戶按照設(shè)備檢修規(guī)程編制檢修計(jì)劃，通過可視化界面，正文 中國鐵道科學(xué)研究院 43 實(shí)時(shí)監(jiān)控 異物侵限 監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，并對(duì)出現(xiàn)故障設(shè)備及時(shí)安排檢查和維修作業(yè)。 （ 3）管理用戶主要是鐵道部、鐵路局（客專公司）各級(jí)管理人員，查詢系統(tǒng)的監(jiān)測、預(yù)警、報(bào)警和設(shè)備狀態(tài)等信息，管理災(zāi)害發(fā)生處置預(yù)案，自動(dòng)生成各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表。按工作性質(zhì)劃分，防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)用戶可分為：管理人員、行車 指揮、基礎(chǔ)設(shè)施維修 等 3 類用戶群。 功能需求 高速鐵路 異物侵限 監(jiān)控系統(tǒng)必須滿足以下幾個(gè)基本功能要求： （ 1） 異物侵限 事件的實(shí)時(shí)監(jiān)控、傳輸和集中存儲(chǔ)； （ 2） 異物侵限監(jiān)測設(shè)備、 繼電器組合、 監(jiān)控單元、監(jiān)控中心設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通道的狀態(tài)監(jiān)控； （ 3） 異物侵限 事件分析、評(píng)判、報(bào)警； （ 4） 針異物侵限事件的緊急處置措施； （ 5） 與調(diào)度指揮、列車控制、基礎(chǔ)設(shè)施維修、應(yīng)急救援等相關(guān)系統(tǒng)信息共享和交換； （ 6） 監(jiān)測報(bào)警和設(shè)備狀態(tài)信息查詢和統(tǒng)計(jì)； （ 7） 與行車調(diào)度指揮系統(tǒng)具備接口。 信息需求 異物侵限 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)警、統(tǒng)計(jì)及設(shè)備檔案等五類。 （ 1） 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)代碼、數(shù)據(jù)字典等，這類數(shù)據(jù)由應(yīng)用子系統(tǒng)共用。 （ 2）監(jiān)測數(shù)據(jù)，由現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備實(shí)時(shí)產(chǎn)生，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，長期保存。 （ 3）報(bào)警數(shù)據(jù)，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析生成報(bào)警數(shù)據(jù)，長期保存。 （ 4）統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測、報(bào)警等信息進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)后生成的各類報(bào)表，供管理人員使用，長期保存。 正 文 44 中國鐵道科學(xué)研究院 （ 5）設(shè)備檔案和處理預(yù)案，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、 SAN 存儲(chǔ)、路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)閘、監(jiān)控單元、雙電纜檢知網(wǎng)、 軌旁 控制箱等設(shè)備履歷、布局圖、設(shè)計(jì)及安裝相關(guān)技術(shù)資料、圖紙等。這類數(shù)據(jù)需要人工整理和錄入，供查詢檢索使用。 性能指標(biāo)需求 異物侵限 監(jiān)控系統(tǒng)是分布采集、集中處理的集中監(jiān)控系統(tǒng) (CCS)，系統(tǒng)與高速鐵路列車運(yùn)行控制等系統(tǒng)相連傳遞控制信號(hào)，保證高速鐵路列車運(yùn)行安全。 異物侵限 監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，對(duì)工程質(zhì)量和系統(tǒng)集成安全運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面測試和檢查。 異物侵限 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的測試是系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試的主要內(nèi)容。依據(jù) GB/T 8566《軟件生存周期過程》和 GB/T16260《產(chǎn)品質(zhì)量》， 異物侵限 監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)、外部質(zhì)量測試，側(cè)重于測試基于外部視角的軟件產(chǎn)品特性的總體。使用外部度量所測量和評(píng)價(jià)的質(zhì) 量 , 典型地方法是當(dāng)軟件執(zhí)行時(shí)，利用模擬數(shù)據(jù)分別在實(shí)際環(huán)境和模擬環(huán)境中用測試。在聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段，大多數(shù)故障都應(yīng)該可以被發(fā)現(xiàn)和消除。標(biāo)準(zhǔn)的外部質(zhì)量度量模型 如圖 42 所示。 圖 42 外部質(zhì)量度量模型 功能性 可靠性 易用性 效率 維護(hù)性 可移植性 適合性 準(zhǔn)確性 互操作性 安全保密性 功能性的依從性 成熟性 容錯(cuò)性 易恢復(fù)性 可靠性的依從性 易理解性 易學(xué)性 易操作性 吸引性 易用性的依從性 時(shí)間特性 資源利用性 效率依從性 易分析性 易改變