令狐勇生，李亞群，杜亞宇

（1. 太原鐵路局 工務(wù)處，山西 太原 030013；2. 中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)太原鐵路中心系統(tǒng)解決方案

令狐勇生1，李亞群2，杜亞宇2

（1. 太原鐵路局 工務(wù)處，山西 太原 030013；2. 中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

介紹全路第一個災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)鐵路局中心系統(tǒng)——太原鐵路局中心系統(tǒng)的解決方案，主要包括整體架構(gòu)、邏輯架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、接口方案等方面，并闡述系統(tǒng)功能、特點及運行情況。太原鐵路局中心系統(tǒng)是全路首個實現(xiàn)基于鐵路局中心系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備兩級架構(gòu)的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，對全路基于兩級架構(gòu)的新型災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)起到了良好的示范作用。

高速鐵路；災(zāi)害監(jiān)測；鐵路局中心系統(tǒng)；互聯(lián)互通

0 引言

隨著列車運行速度的提高，風(fēng)、雨、雪、地震等自然災(zāi)害及異物侵限事件對列車的影響越來越顯著，因此，與高速鐵路建設(shè)同步，建設(shè)了高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)），對高速鐵路沿線的風(fēng)、雨、雪、地震等自然災(zāi)害及上跨高速鐵路的道路橋梁異物侵限事件進行監(jiān)測[1]。截至2015年年底，全路已建設(shè)70余條線路的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，為列車安全、高速運行起到重要的技術(shù)保障作用[2]。但是既有災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)按線設(shè)計建設(shè)[3]，沒有集中統(tǒng)一的信息處理平臺，導(dǎo)致既有災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)各自獨立運行、互不聯(lián)通、技術(shù)架構(gòu)不開放，信息處理流程不統(tǒng)一，即使同一鐵路局內(nèi)的各線路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)也無法實現(xiàn)信息的共享和綜合利用。

為此，中國鐵路總公司于2013年發(fā)布《高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)總體技術(shù)方案（暫行）》，該方案將高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)劃為基于鐵路局中心系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備兩級架構(gòu)[4]。鐵路局中心系統(tǒng)在對高速鐵路沿線風(fēng)、雨、雪及上跨高速鐵路的道路橋梁的異物侵限實現(xiàn)有效、準(zhǔn)確、實時監(jiān)測的基礎(chǔ)上，將原有災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)與新建災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)整合在一起，應(yīng)用統(tǒng)一的信息共享與數(shù)據(jù)交換的接口規(guī)范，實現(xiàn)與路內(nèi)外系統(tǒng)的信息交互，為調(diào)度指揮及維護管理提供報警、預(yù)警信息，有效防止或減少災(zāi)害對高速鐵路列車運行安全的影響[5]。

太原鐵路局中心系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）是全路建設(shè)的首個實現(xiàn)基于鐵路局中心系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備兩級架構(gòu)的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的鐵路局中心系統(tǒng)，對全路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)具有重要的示范作用。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 整體架構(gòu)

太原鐵路局災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)是基于鐵路局中心系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備兩級架構(gòu)的新型災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。鐵路局中心系統(tǒng)主要由信息處理平臺、監(jiān)測終端、網(wǎng)絡(luò)及安全設(shè)備、時鐘同步設(shè)備等組成。信息處理平臺設(shè)備包括應(yīng)用/通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、接口服務(wù)器、存儲系統(tǒng)、維護管理服務(wù)器、防病毒服務(wù)器、短信服務(wù)器、NTP服務(wù)器、地震監(jiān)測預(yù)警服務(wù)器等。

系統(tǒng)設(shè)計采用抽象工廠模式，其系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。信息處理平臺包括業(yè)務(wù)處理平臺、緩存平臺、驅(qū)動工廠、接口平臺、持久化平臺及消息管理中心等內(nèi)容。業(yè)務(wù)處理平臺負(fù)責(zé)災(zāi)害監(jiān)測、災(zāi)害報警、系統(tǒng)監(jiān)控、維護管理等業(yè)務(wù)；緩存平臺負(fù)責(zé)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、消息管理等數(shù)據(jù)的存儲；驅(qū)動工廠負(fù)責(zé)相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接入；接口平臺提供數(shù)據(jù)過濾、通信管理及協(xié)議管理等服務(wù)；持久化平臺負(fù)責(zé)入口管理、查詢管理、更新管理、數(shù)據(jù)庫等服務(wù)。接口層實現(xiàn)與路內(nèi)外相關(guān)系統(tǒng)的互聯(lián)互通。終端包括監(jiān)測業(yè)務(wù)終端和維護終端，設(shè)置于太原工務(wù)處、工務(wù)段、電務(wù)處、電務(wù)段、供電段、通信段、信息所等處所，實現(xiàn)監(jiān)測、報警信息的展示和處理。

1.2 邏輯架構(gòu)

依據(jù)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)鐵路局中心系統(tǒng)總體方案，太原鐵路局中心系統(tǒng)采用多層架構(gòu)設(shè)計，分為界面層、應(yīng)用層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)層、接口層、設(shè)備接口抽象層、系統(tǒng)軟件層和系統(tǒng)硬件層（見圖2）。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

1.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

為保障系統(tǒng)通信的可靠性，太原鐵路局中心系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用具有冗余功能的雙星型網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控單元接入網(wǎng)絡(luò)采用通信傳輸系統(tǒng)提供的以太網(wǎng)透傳通道，實現(xiàn)監(jiān)控單元至鐵路局中心系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸。太原鐵路局調(diào)度所、工務(wù)處、電務(wù)處、信息處至鐵路局中心系統(tǒng)、原大西防災(zāi)監(jiān)控數(shù)據(jù)處理設(shè)備（太原南站防災(zāi)機房）至鐵路局中心系統(tǒng)、太原鐵路局中心系統(tǒng)與綜合視頻系統(tǒng)、時鐘同步系統(tǒng)之間均通過FE口互聯(lián)。太原鐵路局工務(wù)段、通信段、電務(wù)段、供電段采用E1接口。太原鐵路局中心系統(tǒng)與山西省氣象局之間租用移動公網(wǎng)專線。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖3。

1.4 接口方案

太原鐵路局中心系統(tǒng)接入太原南既有災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)、大西客專試驗段新建系統(tǒng)，同時實現(xiàn)與路內(nèi)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防洪管理系統(tǒng)、運營調(diào)度管理系統(tǒng)或TDMS、鐵路時鐘同步系統(tǒng)，路外山西省氣象局的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享。以上是鐵路局中心系統(tǒng)與路內(nèi)外系統(tǒng)的互聯(lián)互通。同時，太原鐵路局中心系統(tǒng)內(nèi)部的接口包括應(yīng)用通信服務(wù)器與接口服務(wù)器、接口服務(wù)器與維護管理服務(wù)器、接口服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與維護管理服務(wù)器、維護管理服務(wù)器與監(jiān)測業(yè)務(wù)終端、監(jiān)測維護終端之間的接口等。

系統(tǒng)接口示意見圖4，可以看出，太原鐵路局中心系統(tǒng)涉及內(nèi)外部接口眾多，為完成鐵路局中心系統(tǒng)與內(nèi)外部系統(tǒng)之間的通信，建立了完成端口IO模型。應(yīng)用程序發(fā)出異步IO請求，設(shè)備驅(qū)動把工作項目排序到完成端口，在完成端口上等待線程池便可以處理這些完成IO。利用完成端口，接口應(yīng)用程序能夠管理數(shù)百上千個套接字，高效完成數(shù)據(jù)接入。

2 系統(tǒng)功能

太原鐵路局中心系統(tǒng)實時接收局管內(nèi)大西北段現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備、太原南段既有災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)信息，進行數(shù)據(jù)分析及處理，并與鐵路防洪管理信息系統(tǒng)、綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、運營調(diào)度管理系統(tǒng)或TDMS連接，為運營管理提供監(jiān)測、報警和預(yù)警信息。同時，太原鐵路局中心系統(tǒng)與鐵路時鐘同步系統(tǒng)連接，實現(xiàn)時鐘同步。與山西省氣象局互聯(lián)，獲取相關(guān)區(qū)域的風(fēng)、雨、雪監(jiān)測信息，提高鐵路災(zāi)害監(jiān)測的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，具有設(shè)備管理、系統(tǒng)管理等功能。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖4 系統(tǒng)接口示意圖

2.1 業(yè)務(wù)管理

（1）災(zāi)害實時監(jiān)測功能。系統(tǒng)按既定頻率實時監(jiān)測顯示風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、雪深等數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測異物侵限雙電網(wǎng)狀態(tài)，實時監(jiān)測現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備、中心設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端設(shè)備及各服務(wù)狀態(tài)，具備地震監(jiān)測預(yù)警試驗系統(tǒng)服務(wù)器狀態(tài)監(jiān)測功能。

（2）報警功能。系統(tǒng)展示大風(fēng)、大雨、異物侵限報警，并進行聲光報警及限速提示；系統(tǒng)展示設(shè)備狀態(tài)報警，并進行聲光報警；系統(tǒng)具備地震監(jiān)測預(yù)警試驗系統(tǒng)服務(wù)器狀態(tài)報警功能。雨量報警界面見圖5。

圖5 雨量報警界面

（3）報警處置。發(fā)生風(fēng)、雨災(zāi)害監(jiān)測報警后，可進行報警確認(rèn)和報警解除操作。發(fā)生異物侵限報警后，可進行上行臨時行車、下行臨時行車、調(diào)度恢復(fù)等處置；系統(tǒng)還可以進行異物侵限遠(yuǎn)程試驗，并完成上下行臨時行車、遠(yuǎn)程恢復(fù)、調(diào)度恢復(fù)等操作。系統(tǒng)可在報警發(fā)生后進行短信編輯，并發(fā)送至相關(guān)用戶。

2.2 互聯(lián)互通

目前按線建設(shè)的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)均無法實現(xiàn)與路內(nèi)外系統(tǒng)的互聯(lián)互通，而太原鐵路局中心系統(tǒng)首次實現(xiàn)與鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防洪管理系統(tǒng)、運營調(diào)度管理系統(tǒng)或TDMS等路內(nèi)系統(tǒng)及山西省氣象局系統(tǒng)的互聯(lián)互通和信息共享，為鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防洪管理系統(tǒng)、運營調(diào)度管理系統(tǒng)或TDMS提供災(zāi)害監(jiān)測及報警信息。同時，通過山西省氣象局信息，提高災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)報警的準(zhǔn)確性和可靠性。災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)與綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動界面見圖6。

2.3 維護管理

（1）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。系統(tǒng)可監(jiān)測鐵路局中心系統(tǒng)中心設(shè)備、監(jiān)控單元設(shè)備、現(xiàn)場傳感器、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、監(jiān)測終端等的工作狀態(tài)，設(shè)備故障時實時生成設(shè)備故障報警信息。

圖6 災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)與綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動界面

（2）網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測。系統(tǒng)可監(jiān)測鐵路局中心系統(tǒng)中心網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控單元網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、監(jiān)測終端網(wǎng)絡(luò)等的工作狀態(tài)。

（3）接口狀態(tài)監(jiān)測。系統(tǒng)可監(jiān)測既有災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)、新建災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)、路內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)、路外相關(guān)系統(tǒng)的接口狀態(tài)。

（4）軟件狀態(tài)監(jiān)測。系統(tǒng)可進行接口程序、報警引擎、守護進程、業(yè)務(wù)服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)等軟件狀態(tài)的監(jiān)測。

2.4 查詢統(tǒng)計

系統(tǒng)可查詢某一段時間的風(fēng)、雨、雪等監(jiān)測數(shù)據(jù)及報警數(shù)據(jù)，某一段時間的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及報警數(shù)據(jù)；系統(tǒng)可顯示風(fēng)、雨的實時監(jiān)測柱狀圖；系統(tǒng)可提供設(shè)備故障報警信息、用戶操作日志的統(tǒng)計查詢功能。系統(tǒng)查詢統(tǒng)計界面見圖7。

圖7 系統(tǒng)查詢統(tǒng)計界面

2.5 系統(tǒng)管理

（1）人員管理。系統(tǒng)具有人員、角色、權(quán)限增刪改查的功能。

（2）日志管理。系統(tǒng)具有操作日志、異常日志、人員登錄日志的管理功能。

（3）配置管理。系統(tǒng)可根據(jù)各專業(yè)管轄范圍，針對監(jiān)測點進行配置管理，具備對監(jiān)控單元進行參數(shù)配置和程序升級的功能，可對系統(tǒng)的基礎(chǔ)編碼進行管理配置。

3 系統(tǒng)特點

與既有按線建設(shè)的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)相比，太原鐵路局中心系統(tǒng)具有以下特點：

（1）形成了全鐵路局統(tǒng)一的災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)相關(guān)監(jiān)測信息的綜合報警評判和集中處置。

（2）優(yōu)化了資源配置，實現(xiàn)了資源的共享和綜合運用，避免系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)、資源重復(fù)配置。

（3）整合既有災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成與集中管理。

（4）統(tǒng)一了軟件及數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)新建和升級改造的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)范化建設(shè)。

（5）實現(xiàn)了災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)與路內(nèi)外系統(tǒng)的互聯(lián)互通與信息共享，擴大了系統(tǒng)服務(wù)范圍，同時通過與氣象部門系統(tǒng)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，提高自身系統(tǒng)的可靠性。太原鐵路局中心系統(tǒng)實現(xiàn)了與路內(nèi)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防洪管理信息系統(tǒng)、運營調(diào)度管理系統(tǒng)或TDMS的互聯(lián)互通，接引鐵路時鐘同步系統(tǒng)實現(xiàn)時鐘同步，接入山西省氣象局?jǐn)?shù)據(jù)，提高鐵路災(zāi)害監(jiān)測的準(zhǔn)確性和可靠性。

（6）實現(xiàn)了對災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備的集中監(jiān)測與維護管理標(biāo)準(zhǔn)化。

4 系統(tǒng)運行情況

太原鐵路局中心系統(tǒng)自2015年8月31日正式投入運行后，處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地監(jiān)測沿線風(fēng)速、雨量以及異物侵限、設(shè)備狀態(tài)信息，并發(fā)出報警信息。同時對沿線風(fēng)速、雨量及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、報警數(shù)據(jù)進行存儲；系統(tǒng)可按既定頻率接收山西省氣象局氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)；當(dāng)異物發(fā)生報警后，系統(tǒng)能將報警數(shù)據(jù)發(fā)送至綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)具備向防洪管理信息系統(tǒng)、運營調(diào)度管理系統(tǒng)或TDMS發(fā)送信息的功能。

太原鐵路局中心系統(tǒng)實現(xiàn)了太原鐵路局管內(nèi)災(zāi)害監(jiān)測和監(jiān)測信息的共享，同時為進一步開展高速動車組運行安全的相關(guān)研究積累了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。截至2016年8月底，系統(tǒng)監(jiān)測與報警情況匯總見表1、表2。

表1 監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總 條

表2 報警數(shù)據(jù)匯總 條

5 結(jié)束語

災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)太原鐵路局中心系統(tǒng)形成了本局的災(zāi)害監(jiān)測中心和數(shù)據(jù)共享中心，優(yōu)化了災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)資源配置，提高了設(shè)備利用率，有效降低系統(tǒng)因按線建設(shè)帶來的重復(fù)投資和運營維護成本，實現(xiàn)了資源、監(jiān)測信息的集成與綜合運用。同時，系統(tǒng)實現(xiàn)與路內(nèi)外系統(tǒng)的互聯(lián)互通和信息共享，擴大災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的服務(wù)范圍，為鐵路安全運行提供技術(shù)保障。太原鐵路局中心系統(tǒng)的建設(shè)為全路基于鐵路局中心系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備兩級架構(gòu)的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)作出了示范。

[1] 何華武．災(zāi)害對鐵路影響及其防御對策[J]．中國 鐵路，2008(10)：4-12.

[2] 何華武．高速鐵路運行安全檢測監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)[J]. 中國鐵路，2013(3)：1-7.

[3] 王彤．高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)研究與開發(fā)[J]. 中國鐵路，2009(8)：25-28.

[4] 白鑫，李曉宇，戴賢春．高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系 統(tǒng)架構(gòu)研究[J]．中國鐵路，2012(12)：33-37.

[5] 王瑞，喻麒睿，王彤．高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化 升級[J]．中國鐵路，2013(10)：17-20.

責(zé)任編輯 盧敏

Solution for High Speed Railway Disaster Detection System in Taiyuan Center System

LINGHU yongsheng1，LI yaqun2，DU yayu2
（1. Track Maintenance Department，Taiyuan Railway Administration，Taiyuan Shanxi 030013，China；2. Institute of Computing Technology，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

In this paper, the author introduces the solution for the frst disaster detection system, Taiyuan Center System, including overall structure, logic structure, network structure, interface solution, etc. Besides, the author explains the function, feature and operation of the system. As the frst disaster detection system integrating two layers as central system in railway administration and feld detection equipment in railway sector, Taiyuan Center System sets a good example.

high speed railway；disaster detection；central system in railway administration；inter-connection

U298

：A

：1001-683X（2017）06-0083-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.06.083

2017-01-13

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目（2016T003、2016X004-B）

令狐勇生（1977—），男，高級工程師。

李亞群（1981—），男，工程師。

E-mail：yaqli@163.com