王梓丞

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

鐵路信號(hào)設(shè)備是鐵路運(yùn)輸中確保行車(chē)安全，提高運(yùn)輸效率的重要設(shè)備。其中，用于實(shí)現(xiàn)列車(chē)占用檢測(cè)以及車(chē)地通信的軌道電路，是重要的基礎(chǔ)安全設(shè)備之一。然而，軌道電路的室外工作環(huán)境通常比較惡劣，尤其在室外降雨量較大或道床潮濕時(shí)，軌道電路會(huì)出現(xiàn)大量的漏泄電流，導(dǎo)致軌道繼電器無(wú)法正常吸起，出現(xiàn)“紅光帶”故障，嚴(yán)重影響運(yùn)輸效率。軌道電路漏泄電流增多是由于道床電阻值降低導(dǎo)致的，道床電阻值除了與上述軌旁濕度相關(guān)還與軌旁溫度有關(guān)，軌旁溫度升高會(huì)使道床電阻值降低。因此，在夏季暴雨后，軌道電路的軌旁溫度和濕度都增加，常常出現(xiàn)“紅光帶”故障現(xiàn)象。目前，鐵路電路部門(mén)基本配置了信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路信號(hào)室內(nèi)設(shè)備的監(jiān)測(cè)，但該系統(tǒng)缺乏軌道電路的室外監(jiān)測(cè)手段，無(wú)法獲取反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的完整數(shù)據(jù)。綜上所述，開(kāi)展軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)的研究具有重要意義。

1 軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置

本文提出的一種軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，目的在于實(shí)現(xiàn)對(duì)室外溫度、濕度的實(shí)時(shí)采集和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。該裝置包括：溫度傳感器、濕度傳感器、濾波單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、無(wú)線通信模塊，如圖1所示。其中：（1）溫度傳感器用于實(shí)時(shí)采集軌道電路室外溫度；（2）濕度傳感器用于實(shí)時(shí)采集軌道電路室外濕度；（3）濾波單元用于將上述掃溫度、濕度采集信號(hào)中的噪聲濾除；（4）A/D轉(zhuǎn)換單元用于將將上述溫度、濕度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便于計(jì)算機(jī)處理；（5）無(wú)線通信模塊用于將上述數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線的方式發(fā)送至室內(nèi)的軌道電路預(yù)警系統(tǒng)。

圖1 軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 軌道電路預(yù)警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在室外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的基礎(chǔ)上，本文還提出了一種軌道電路預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室外環(huán)境異常的提前預(yù)報(bào)，輔助鐵路部門(mén)提前采取維護(hù)措施避免故障發(fā)生影響行車(chē)效率和安全。軌道電路預(yù)警系統(tǒng)包括：室外通信接口服務(wù)器、室外防火墻、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份設(shè)備、預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器、聲光報(bào)警裝置、室內(nèi)通信接口服務(wù)器、室內(nèi)防火墻、操作終端、維護(hù)終端、打印機(jī)、無(wú)線通信設(shè)備。

各模塊的主要功能包括：（1）室外通信接口服務(wù)器用于通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收室外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置采集到的溫度和濕度信息。（2）室外防火墻具備防病毒、防入侵以及入侵檢測(cè)功能，用于隔離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中可能存在的病毒和隱患，確保預(yù)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。（3）無(wú)線通信設(shè)備用于預(yù)警系統(tǒng)與室外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置之間通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行單向信息傳輸，具體為監(jiān)測(cè)裝置向預(yù)警系統(tǒng)發(fā)送采集到的溫度和濕度信息。（4）室內(nèi)通信接口服務(wù)器用于通過(guò)以太網(wǎng)接收信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軌道電路電壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。（5）室內(nèi)防火墻具備防病毒、防入侵以及入侵檢測(cè)功能，用于隔離預(yù)警系統(tǒng)和信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，避免網(wǎng)絡(luò)中可能存在的病毒和隱患，確保預(yù)警系統(tǒng)和信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。（6）操作終端用于人機(jī)交互，具體地，用戶(hù)可以通過(guò)操作終端對(duì)軌道電路的預(yù)警狀態(tài)進(jìn)行查看和操作，還可以通過(guò)終端查看實(shí)時(shí)的室外溫度、濕度信息和軌道電壓數(shù)據(jù)。（7）維護(hù)終端用于預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)和維保人員對(duì)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，對(duì)可能出現(xiàn)的預(yù)警系統(tǒng)本身的故障進(jìn)行處置。（8）打印機(jī)為A3紙幅面網(wǎng)絡(luò)彩色激光打印機(jī)，用于打印數(shù)據(jù)報(bào)表，預(yù)警事件等信息。（9）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)和操縱、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)等功能，管理的數(shù)據(jù)包括軌道電路溫度和濕度數(shù)據(jù)以及軌道電路的實(shí)時(shí)預(yù)警和歷史預(yù)警數(shù)據(jù)。（10）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份設(shè)備用于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器所管理的上述數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和備份。（11）預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)置預(yù)警算法模塊，用于對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過(guò)理論計(jì)算得到軌道電路的預(yù)警狀態(tài)。（12）聲光報(bào)警裝置用于當(dāng)軌道電路發(fā)生預(yù)警時(shí)，通過(guò)聲音和光源的方式對(duì)用戶(hù)進(jìn)行提示，提醒用戶(hù)需要盡快處理。

2.2 工作原理

如圖2所示，本文提出的軌道電路預(yù)警系統(tǒng)部署在鐵路局車(chē)站信號(hào)樓內(nèi)，包括：室外通信接口服務(wù)器、室外防火墻、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份設(shè)備、預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器、聲光報(bào)警裝置、室內(nèi)通信接口服務(wù)器、室內(nèi)防火墻、操作終端、維護(hù)終端、打印機(jī)、無(wú)線通信設(shè)備。無(wú)線通信設(shè)備通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收室外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置傳輸過(guò)來(lái)的室外環(huán)境監(jiān)測(cè)采集數(shù)據(jù)。具體地，室外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置安裝在室外道床的軌枕表面，安裝位置在兩根鋼軌的中間。室外通信接口服務(wù)器通過(guò)室外防火墻與無(wú)線通信設(shè)備相連，獲取室外環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并利用室外防火墻進(jìn)行物理隔離，確保網(wǎng)絡(luò)安全。室內(nèi)通信接口服務(wù)器通過(guò)室內(nèi)防火墻與同樣部署在鐵路局車(chē)站信號(hào)樓內(nèi)的信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信接口服務(wù)器相連，獲取存儲(chǔ)在信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的軌道電壓數(shù)據(jù)，其中，室內(nèi)防火墻用于物理隔離的，確保預(yù)警系統(tǒng)和信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器通過(guò)綜合分析軌道電壓、室外溫度和濕度數(shù)據(jù)，對(duì)軌道電路的預(yù)警狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，當(dāng)出現(xiàn)故障預(yù)警時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員進(jìn)行提示。預(yù)警系統(tǒng)將預(yù)警報(bào)表、軌道電壓、室外溫度和濕度數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)到存儲(chǔ)和備份設(shè)備中，并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)和操作。現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員可通過(guò)操作終端對(duì)軌道電路的預(yù)警狀態(tài)進(jìn)行查看和操作，還可查看實(shí)時(shí)的室外溫度、濕度信息和軌道電壓數(shù)據(jù)，必要是可通過(guò)打印機(jī)對(duì)預(yù)警報(bào)表和數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)和維保人員可通過(guò)維護(hù)終端對(duì)預(yù)警系統(tǒng)本身可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)處置。室外通信接口服務(wù)器、室內(nèi)通信接口服務(wù)器、故障預(yù)警應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、操作終端、打印機(jī)、維護(hù)終端統(tǒng)一接入既有的鐵路局生產(chǎn)管理網(wǎng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

圖2 軌道電路預(yù)警系統(tǒng)組成及原理示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的軌道電路室外環(huán)境監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：針對(duì)現(xiàn)有鐵路電務(wù)部門(mén)缺乏室外環(huán)境監(jiān)測(cè)手段的問(wèn)題，提供了一種室外環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)室外溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，監(jiān)測(cè)裝置能夠通過(guò)無(wú)線通信的方式將采集到的信息發(fā)送至室內(nèi)。此外，提出了一種預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)一方面與現(xiàn)有的信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口獲取電壓數(shù)據(jù)，另一方面通過(guò)無(wú)線方式接收室外環(huán)境信息，融合上述數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)判，通過(guò)聲光報(bào)警裝置向用戶(hù)給出預(yù)警信息，輔助用戶(hù)提前對(duì)軌道電路開(kāi)展維護(hù)工作，避免嚴(yán)重故障的發(fā)生。