劉永壯

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073)

1 防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)概述

對(duì)于高速鐵路而言，行車(chē)安全是首要的，防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)是保障行車(chē)安全的重要手段之一。防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)是架構(gòu)于通信傳輸系統(tǒng)之上，集災(zāi)害信息采集、信息處理及存儲(chǔ)、輔助安全行車(chē)為一體的信息平臺(tái)，主要是對(duì)危及鐵路運(yùn)輸安全的自然災(zāi)害（包括風(fēng)、雨、地震等）及異物侵限等突發(fā)危害進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并提供經(jīng)處理后的災(zāi)害預(yù)警信息、限速信息或停運(yùn)信息等，為運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心運(yùn)行計(jì)劃調(diào)整、下達(dá)行車(chē)管制、搶險(xiǎn)救援、維修提供依據(jù)，以保證列車(chē)安全正點(diǎn)、高效、舒適的運(yùn)營(yíng)。

防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)由風(fēng)雨異物等現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)控單元、數(shù)據(jù)處理中心、工務(wù)終端、調(diào)度所終端和傳輸網(wǎng)絡(luò)等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

每一個(gè)基站由若干現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)控單元主機(jī)組成，監(jiān)控單元負(fù)責(zé)從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心收集若干個(gè)監(jiān)控單元發(fā)送過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理存儲(chǔ)，將加工后的數(shù)據(jù)發(fā)送到工務(wù)終端和調(diào)度終端。調(diào)度終端顯示的信息輔助鐵路調(diào)度人員調(diào)整行車(chē)計(jì)劃，工務(wù)終端輔助鐵路工務(wù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查和系統(tǒng)維護(hù)。

2 數(shù)據(jù)處理中心的職能

數(shù)據(jù)處理中心是防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)的心臟，主要職能如下。

1）收集監(jiān)控單元發(fā)送過(guò)來(lái)的災(zāi)害數(shù)據(jù)，包括風(fēng)、雨、異物等。風(fēng)數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度等。雨數(shù)據(jù)包括降雨量、降雨時(shí)間、降雨強(qiáng)度等；異物數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)狀態(tài)、臨時(shí)行車(chē)?yán)^電器狀態(tài)、調(diào)度同意復(fù)原繼電器狀態(tài)以及現(xiàn)場(chǎng)復(fù)原繼電器狀態(tài)等。

2）收集監(jiān)控單元發(fā)送過(guò)來(lái)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控單元主機(jī)自身的狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)、UPS狀態(tài)、基站的各種電源狀態(tài)等。由于防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)的基站和數(shù)據(jù)處理中心均是無(wú)人值守，因此將關(guān)鍵設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)及時(shí)反映給維護(hù)人員就變得非常重要。

3）對(duì)監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)處理分析，生成災(zāi)害報(bào)警和設(shè)備狀態(tài)報(bào)警，并將報(bào)警信息發(fā)送到調(diào)度終端和工務(wù)終端。

4）接收并處理調(diào)度終端和工務(wù)終端的操作命令，如報(bào)警確認(rèn)、主備機(jī)切換或異物操作命令等。

5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)處理中心要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史存儲(chǔ)，包括原始數(shù)據(jù)和處理加工后的數(shù)據(jù)。目前歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)年限是3年。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)方便日后的查詢和數(shù)據(jù)分析。

3 數(shù)據(jù)處理中心軟件設(shè)計(jì)解析

3.1 軟件體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)處理中心軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 軟件模塊的劃分

1）防災(zāi)服務(wù)。防災(zāi)服務(wù)負(fù)責(zé)接收處理監(jiān)控單元的災(zāi)害數(shù)據(jù)（包括風(fēng)、雨、異物等）并生成災(zāi)害報(bào)警，災(zāi)害報(bào)警是整個(gè)系統(tǒng)中影響行車(chē)的至關(guān)重要的部分。防災(zāi)服務(wù)處理的數(shù)據(jù)量較大，通常一條高速鐵路專線的基站數(shù)量從幾十到幾百不等，每個(gè)基站又承載著幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。典型的防災(zāi)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集頻率如下：風(fēng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1 s 1次；雨監(jiān)測(cè)點(diǎn)1 min 1次；異物監(jiān)測(cè)點(diǎn)10 s 1次。災(zāi)害報(bào)警的實(shí)時(shí)性要求很高，因此要在提高災(zāi)害服務(wù)的性能上下功夫：比如程序設(shè)計(jì)上采用多線程實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)配置要進(jìn)行優(yōu)化提高其單位時(shí)間內(nèi)的存取能力；需要大量數(shù)據(jù)訪問(wèn)的運(yùn)算盡量放到存儲(chǔ)過(guò)程中去實(shí)現(xiàn)。防災(zāi)服務(wù)的簡(jiǎn)要流程如圖3所示。

2）設(shè)備服務(wù)。設(shè)備服務(wù)處理設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并生成報(bào)警。設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)部分來(lái)自于監(jiān)控單元（比如基站的各設(shè)備狀態(tài)），部分來(lái)自于其自身采集的數(shù)據(jù)（比如數(shù)據(jù)中心的各設(shè)備狀態(tài)）。監(jiān)控單元發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)包括：UPS狀態(tài)、UPS切換器狀態(tài)、主機(jī)狀態(tài)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)通道狀態(tài)等。設(shè)備服務(wù)自身采集的數(shù)據(jù)包括：各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、交換機(jī)端口狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)連接狀態(tài)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)連接狀態(tài)（數(shù)據(jù)超時(shí)）、數(shù)據(jù)處理中心UPS狀態(tài)、數(shù)據(jù)處理中心服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)（包括CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)空間等）。

設(shè)備報(bào)警不直接影響行車(chē)，主要是為設(shè)備維護(hù)單位的設(shè)備檢修提供參考。但如果設(shè)備故障未及時(shí)得到處理，終將會(huì)影響行車(chē)甚至造成行車(chē)事故。

設(shè)備服務(wù)的簡(jiǎn)要流程如圖4所示。

3）災(zāi)害監(jiān)控界面。其面向防災(zāi)服務(wù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)及報(bào)警信息展現(xiàn)出來(lái)。災(zāi)害監(jiān)控界面通常采用圖形化的方式將監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基站鋪畫(huà)出來(lái)，通過(guò)圖素的形狀、顏色區(qū)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)的類型及狀態(tài)，如圖5所示。

如圖6所示，該圖標(biāo)表示F183+896公里標(biāo)處有風(fēng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和雨監(jiān)測(cè)點(diǎn)。上面的小旗子標(biāo)識(shí)風(fēng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，下面的太陽(yáng)表示雨監(jiān)測(cè)點(diǎn)。圖6中當(dāng)前表達(dá)的狀態(tài)均為正常，無(wú)任何報(bào)警。產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，圖形將根據(jù)報(bào)警級(jí)別變化顏色及形狀。另外，有報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，將在報(bào)警對(duì)話框中顯示相應(yīng)報(bào)警并要求人工報(bào)警確認(rèn)。如圖7所示。

4）設(shè)備維護(hù)界面。設(shè)備維護(hù)界面面向設(shè)備服務(wù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通常以圖形化的方式鋪畫(huà)設(shè)備狀態(tài)圖并同時(shí)配以報(bào)警對(duì)話框展示報(bào)警數(shù)據(jù)。界面風(fēng)格與災(zāi)害監(jiān)控界面類似。

5）報(bào)表查詢。報(bào)表查詢面向數(shù)據(jù)庫(kù)，為用戶提供災(zāi)害數(shù)據(jù)以及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的歷史查詢，包括原始數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計(jì)后的數(shù)據(jù)（如日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)等）。報(bào)表的展現(xiàn)方式通常有兩種：表格和圖形。有些數(shù)據(jù)類型比如風(fēng)數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)量很大，通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)索引以及合理的運(yùn)用存儲(chǔ)過(guò)程可顯著提高其查詢性能。

6）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。這里討論的數(shù)據(jù)庫(kù)是指關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)及存儲(chǔ)過(guò)程設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)表主要內(nèi)容如下。

基站表（基站ID、基站名稱、公里標(biāo)、主機(jī)IP地址……）；

監(jiān)測(cè)點(diǎn)表（監(jiān)測(cè)點(diǎn)ID、監(jiān)測(cè)點(diǎn)名稱、監(jiān)測(cè)點(diǎn)類型、基站ID……）；

風(fēng)表（監(jiān)測(cè)點(diǎn)ID、風(fēng)速、溫度、時(shí)間戳……），保存48 h內(nèi)的數(shù)據(jù)；

雨表（監(jiān)測(cè)點(diǎn)ID、降雨累計(jì)量、降雨強(qiáng)度、時(shí)間戳……）；

異物表（監(jiān)測(cè)點(diǎn)ID、異物狀態(tài)、時(shí)間戳…… ）；

報(bào)警表（監(jiān)測(cè)點(diǎn)ID、報(bào)警類型、報(bào)警級(jí)別、報(bào)警描述、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間……）；

除以上數(shù)據(jù)表外，還有風(fēng)日?qǐng)?bào)表、風(fēng)月報(bào)表、風(fēng)年報(bào)表、雨日?qǐng)?bào)表、雨月報(bào)表、雨年報(bào)表、用戶表、崗位表、用戶登錄日志表等。

存儲(chǔ)過(guò)程如下。

日?qǐng)?bào)表統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)過(guò)程：產(chǎn)生風(fēng)日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)、雨日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)。24 h運(yùn)行一次。

月報(bào)表統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)過(guò)程：產(chǎn)生風(fēng)月報(bào)數(shù)據(jù)、雨月報(bào)數(shù)據(jù)。每月運(yùn)行一次。

年報(bào)表統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)過(guò)程：產(chǎn)生風(fēng)年報(bào)數(shù)據(jù)、雨年報(bào)數(shù)據(jù)。每年運(yùn)行一次。

4 結(jié)束語(yǔ)

防災(zāi)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高速鐵路行車(chē)安全中發(fā)揮著重要作用。該系統(tǒng)目前尚屬于新生事物，還在不斷發(fā)展和完善的過(guò)程中。在近幾年的實(shí)際應(yīng)用中暴露出的需要研究和克服的主要問(wèn)題：戶外監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性問(wèn)題，戶外設(shè)備由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件惡劣，受干擾因素多，容易造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差甚至誤報(bào)；報(bào)警規(guī)則待完善的問(wèn)題：風(fēng)報(bào)警和雨報(bào)警產(chǎn)生及解除的規(guī)則，受當(dāng)?shù)貧夂颉⒌貏?shì)、地質(zhì)、車(chē)體等多方面的影響，不是一個(gè)一刀切的問(wèn)題。如何科學(xué)制定報(bào)警規(guī)則，能在保證行車(chē)安全的前提下充分提高行車(chē)效率，將是很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)一個(gè)重要研究課題；防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的范圍將逐步擴(kuò)大。目前國(guó)內(nèi)已建高速鐵路線路中監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要是風(fēng)、雨、異物。除此以外，地震監(jiān)測(cè)也已經(jīng)提上日程并將在新建線路中付諸實(shí)施。雪深監(jiān)測(cè)也在研究和探討中；另外，防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)和當(dāng)?shù)貧庀缶帧⒌卣鹁值葘I(yè)防災(zāi)部門(mén)的信息接口也有望在將來(lái)得以實(shí)施。