异物侵限监测系统技术条件编制及提高系统可靠性技术研究报告

《异物侵限监测系统技术条件编制及提高系统可靠性技术研究报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《异物侵限监测系统技术条件编制及提高系统可靠性技术研究报告（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、院总编号：TY 字第 号 所 编 号：2013 年 DZYF 字第 号 中国 铁道科学研究院研究报告 RESEARCHRESEARCH REPORTREPORT CHINACHINA ACADEMYACADEMY OFOF RAILWAYRAILWAY SCIENCESSCIENCES 异物侵限监测系统技术条件编制及提高系统异物侵限监测系统技术条件编制及提高系统 可靠性技术研究可靠性技术研究 研究报告研究报告 中国铁道科学研究院中国铁道科学研究院 二二一三年十二月一三年十二月北京北京 研究报告文件专页 中国铁道科学研究院 1 院总编 号TY 字第 号所 编 号2013 年 DZYF 字第 号

2、报告题 目异物侵限监测系统技术条件编制及提高系统可靠性技术研究 院计划编号 合同编号 Z2012-067 报告类 型研究报告报告时间2013 年 12 月 项目负责人王 彤密 级非密秘密机密 项目组成员 史 宏、王 瑞、戴贤春、沈敬伟、武明生、王 楠、李亚群、张德 强、 、徐成伟、陈中雷、杨振华 完成单 位中国铁道科学研究院电子计算技术研究所 编 撰王 彤关 键 词防灾、异物侵限、可靠性 内容摘要 高速铁路是一项采用大量新技术，高标准建设的复杂系统工程，高速铁路异物 侵限监测系统为减少自然条灾害及异物侵限对高速铁路行车的影响，保障其安全高 效运营起到了重要作用，但在应用过程中也暴露出一些问题和

3、缺陷，特别是异物侵 限监控的稳定性不高，出现误报次数较多，本课题通过收集分析国外高速铁路异物 侵限系统的主要监测方式、技术特点及发展趋势，对我国高速铁路既有异物侵限监 测系统的应用现状、存在问题进行调研分析，建立系统可靠性模型和现场试验验证 研究现有异物侵限监测系统的可靠性水平，对提高现有异物侵限监测系统提出了改 进措施和建议并研究提出了高速铁路异物侵限监测系统技术条件，为推进我国高速 铁路异物侵限系统的改进和发展提供技术支持。 单位名称：中国铁道科学研究院 地 址：北京市海淀区西直门外大柳树路 2 号，100081 网 址：http:/ 项目负责人（签字）学委会负责人（签字）主管领导（签字）

4、 正文 中国铁道科学研究院 1 目 录 1项目概述4 1.1项目来源 .4 1.2起止时间 .4 1.3项目目标及研究内容 .4 1.3.1项目目标 .4 1.3.2研究内容 .5 1.4完成情况 .5 2国内外现状5 2.1国外情况 .5 2.1.1日本 .5 2.1.2法国 13 2.1.3德国 18 2.1.4意大利 20 2.1.5西班牙 22 2.2国内情况 22 2.3总结 24 3高速铁路异物侵限监测系统应用情况调研.25 3.1高速铁路异物侵限监测系统总体情况 25 3.2异物侵限监测系统运用情况调研 26 3.3数据分析 35 3.3.1故障分类 35 3.3.2故障时间分布

5、 36 3.4小结 38 4高速铁路异物侵限监测系统需求分析.39 4.1高速铁路网沿线地理概述 39 4.2高速铁路行车组织概述 41 4.3异物侵限对运输生产的影响 42 4.4紧急处置方案 42 4.5业务过程建模（功能与数据） 43 4.5.1功能需求 44 4.5.2信息需求 44 4.6性能指标需求 45 5系统可靠性分析及现场试验验证.47 5.1系统可靠性定性分析 47 5.1.1系统结构 47 正 文 2 中国铁道科学研究院 5.1.2典型异物侵限监测系统构成表 48 5.1.3系统逻辑结构 52 5.1.4共因故障分析 52 5.2系统可靠性定量分析 55 5.2.1故障树

6、模型 55 5.2.2系统可靠性 55 5.3现场试验 58 5.3.1试验环境及设备 58 5.3.2系统可靠性试验 60 5.3.3监测电网老化试验 61 5.4改进措施及建议 62 6异物侵限监测方案对比分析.62 6.1异物侵限监测技术 62 6.1.1双电网异物侵限监测技术 62 6.1.2光纤式异物侵限监测技术 63 6.1.3红外异物侵限监测技术 66 6.1.4微波异物侵限监测技术 66 6.1.5激光式异物侵限监测技术 68 6.1.6视频及图形识别异物侵限监测技术 69 6.2异物侵限监测技术对比 70 6.3小结及建议 71 参考文献 72 正文 中国铁道科学研究院 3

7、1 1项目概述项目概述 1.1项目来源项目来源 2005 年，铁科院和成都局合作，在既有成都铁路局管段易滑坡地段安装位移 传感器检测滑坡灾害的发生；2006 年，北京铁路局在京原线部分隧道口安装视频 监控设备，监控人员通过视频监控系统检测异物侵限事件。 自 2008 年京津城际开通开始建设异物侵限监测系统，截至到 2012 年底，共 有京沪、武广等 20 余条高速铁路/客运专线设置了异物侵限监测点，总计有 663 处异物侵限监测点，主要采用接触式双电网异物侵限监测技术。京津城际全线设 置 5 处异物侵限监测点，单根监测电缆布设在水平金属网上方；随着高速铁路建 设的发展，对异物侵限监测技术不断进

8、行完善；2009 年，将单根监测电缆改为两 根监测电缆，同时将监测电缆封闭到复合材料中；2010 年将水平监测电网改为垂 直方式。 但在实际应用中，由于缺少基础研究、试验验证，没有验收/检修相关标准 等原因，异物侵限监测系统应用效果不好，问题较多，主要表现在设备自身故障 较多，误报率较高。 在此背景下，依据铁技委函20121073 号文开展了本课题的研究工作。 1.2起止时间起止时间 2012 年 10 月2013 年 12 月 1.3项目目标及项目目标及研究内容研究内容 1.3.11.3.1 项目目标项目目标 通过对我国高速铁路异物侵限监测系统目前存在问题的深入调查分析，分类 梳理目前存在的

9、问题，借鉴国外高速铁路异物侵限监测成熟经验，结合我国高速 铁路异物侵限监测功能需求特点，搭建异物侵限监测系统模拟测试环境，提出提 高既有异物侵限监测系统可靠性的改进措施，提出高速铁路异物侵限监测方案和 正 文 4 中国铁道科学研究院 技术条件，为提高异物侵限监测系统可靠性和稳定性提供技术支持。 1.3.21.3.2 研究内容研究内容 1 对既有异物侵限监测系统的应用现状、存在问题进行深入的调研； 2 收集分析国外高速铁路异物侵限系统的主要监测方式、技术特点及发展趋 势； 3 研究提出我国高速铁路异物侵限监测系统功能需求； 4 研究提高既有异物侵限监测系统可靠性的技术措施 （1）研究建立既有异物

10、侵限监测系统试验模拟环境； （2）对既有上线异物侵限监测系统进行试验测试，检验系统的可靠性等技术 指标； （3）研究提出提高既有异物侵限监测系统可靠性的改进措施及建议。 5 对比分析多种异物侵限监测方法，研究提出适合我国高速铁路特点的异物 侵限监测方案； 6 研究提出高速铁路异物侵限监测系统技术条件。 1.4完成情况完成情况 依据项目目标和研究内容，遵循项目研究计划按期开展课题研究工作，如期 完成了项目主要研究内容。 2 2国内外现状国内外现状 2.1国外情况国外情况 2.1.12.1.1 日本日本 （1）日本高速铁路的发展 1964 年 10 月 1 日，东海道新干线建成通车。目前，日本已建

11、成 5 条标准轨 正文 中国铁道科学研究院 5 距的新干线，第 6 条新干线（九州新干线）也已部分通车，新干线总长达 2176km。在各新干线中，山阳新干线允许的最高行驶速度达 300km/h。待在建、 计划建设及未来规划建设的高速铁路建成后，日本将构成较完整的新干线高速铁 路网。日本新干线高速铁路网如图 2-1 所示，日本高速铁路数据见表 2-1。 图 2-1 日本新干线路网 表 2-1 日本运营中的高速铁路 正 文 6 中国铁道科学研究院 （2）新干线防灾监控系统 日本是一个台风、暴雨、滑坡、地震等自然灾害频繁的国家，日本 100 多年 铁路的历史也可以是与灾害作斗争的历史。自 1965

12、年开始，日本在桥梁、隧道 的加固，路堑、路堤的边陡防护，落石、雪崩防护设施和改线等方面进行了投资， 结果全国灾害数逐年大幅度减少。但是，随着坡面风化、河流河床下降及结构物 的老化，至 1986 年仍每年有近千件灾害发生。由此可见，仅用投资的办法还不 能使灾害完全消除。 针对这种状况，采取了事先预测灾害、命令列车慢行或停车，即使灾害发生 也不致于发生类车事故的方法，及运行管制后，尽管在上世纪 80 年代每年平均 仍有灾害数达 2400 件，但因灾害引起的列车脱轨事故年平均仅 4.6 起，其中造 成旅客和职工伤亡事故的只有 0.8 起，统计数据如表 2-2。 （日本土木技术 ， 1987，Vol

13、42，No.8） 表 2-2 灾害引起的列车脱轨事故 年份 类别 1977197819791980198119821983198419851986 十年 平均 路堑破坏 和路堤破 坏 1132632322.3 雪崩 5 3 2 1 落石 123 11 0.8 其他 11 11 10.5 小计 14582684534.6 发生伤亡 的事故 1212 110.8 日本高速铁路开业当初（1964 年）装备了列车集中控制装置 （CTC,Centralized Traffic Control） ，变电所遥控集中控制装置 （CSC，Centralized Substation Control） ，列车无线

14、装置等，进行运转集中化 管理。之后，针对列车密度的增加，在山阳新干线冈山开通之际（1975 年） ，引 进了 COMTRAC（COMputer aidedTRAffic Control） ，并于东北上越新干线开业 （1982 年）时一起搬迁到调度所。在北陆新干线建成之际（1997 年） ，将东北上 越、北陆新干线等的各分系统统一为新型的新干线综合安全监视系统 正文 中国铁道科学研究院 7 （COSMOS,Computerized Safety,Mantennance and Operation systems of Shinkansen） ，主要功能有设备情报监视、供电系统控制、维修作业管理和

15、运输 计划管理，其中设备情报监视功能包含管理、处理沿线的防灾情况及设备、机器 的故障，从监视装置接收故障情报，再传输给中央装置，同时接收中央装置的控 制情报，实现其功能的系统结构图如图 2-2。 图 2-2 新干线综合防灾信息系统 新干线综合防灾信息系统包含了对沿线地震、风速、雨量、积雪、桥梁基础 冲刷和水位、塌方、轨温等监测和相关的控制。地震仪、风速计、雨量计、积雪 深度探针、冲刷仪、水位计、路堑塌方光纤探测仪、轨温计等现场传感器实测的 数据，经现场信息通信设备室汇总，分别实时传输给技术中心和分公司，分公司 将实测数据实时传输给采集装置，再通过互联网传输给中央控制室进行分析处理， 控制列车运

16、行状态。 在公路跨越铁路或与铁路并行地段，虽已设置了防护工程，但仍不能避免汽 车或落物进入铁路限界，因此新干线还设置了异物侵限监测装置，以便在事件发 生时迅速控制进入该区间的列车停车。 正 文 8 中国铁道科学研究院 新干线的限界障碍监测装置有电缆检测式和光缆检测式两种，前者是通过冲 击物切断检测柱或检测电缆而报警；后者是在沿线布设光缆，由通信机械室发出 光信号，经各检测点分光再返回机械室而判断有无落物侵限情况，电缆检测式限 界障碍监测装置在 60 年代初至 90 年代应用较为广泛，自 1997 年以后，新干线 对于限界障碍监测装置应用较为广泛的是光缆检测式装置。 （3）新干线防灾监控系统电缆检测式限界障碍监测装置 新干线电缆检测式限界障碍监测装置由如下构成：检测