一种改进的铁路异物侵限监测方案研究

刘 洋

（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251）

随着我国高速铁路的不断发展与列车运行速度的不断提高，对保障铁路行车安全的防灾安全监控措施提出越来越高的要求。异物侵限事件的发生具有突发性、无规律可循、不可预测等特点，严重影响行车安全，甚至会造成车毁人亡的灾难性后果。因此，如何高效、安全、可靠的对异物侵限事件进行监测，已成为铁路建设必须面对的重要课题。本文通过对现有异物侵限监测方案的对比、分析，对目前工程中采用最广的双电网监测方案进行改进、优化，提出一种基于智能双电网技术的异物侵限监测新方案。

1 现有异物侵限监测技术与方案

现有的异物侵限监测技术主要分为非接触式监测方案和接触式监测方案。其中，非接触式监测方案主要包括雷达探测技术、红外探测技术、智能视频内容分析技术等；接触式监测方案主要包括双电网监测技术和光纤光栅探测技术。

通过广泛的试验和工程应用，实践证明非接触式异物侵限监测方案有监测距离远、范围广、受地形影响小、便于安装、易维护，可对落入监测区域的异物进行特征识别等优点。但非接触式探测技术存在的入侵判断复杂，易受光线、飘浮物以及自然环境干扰，误报率相对较高，可靠性低等致命缺点，是导致其在铁路工程中应用相对较少的主要原因。

接触式异物侵限监测方案，特别是双电网监测技术，凭借其监测信号更准确、稳定，抗干扰能力强，可准确定位故障及报警位置，系统可靠性高，工程造价相对较低，结构简单，易安装等优点，得以在铁路工程中广泛应用。

2 目前双电网监测技术存在的问题

双电网传感器主要由防护网、探测电缆和电缆终端器组成。电缆两端分别连接发送和接收不同频率模拟信号的发送器和接收器。接收器实时接收来自发送器发送的固定频率的模拟信号。当两个接收器均可接收到信号时，表示系统运行正常；当一根电网断线时，系统发出预警信息，不触发列控系统；当二根电网同时断线时，系统发出报警信息，同时联动触发列控系统，使列车紧急制动。

在实际使用过程中，仍存在系统不稳定，误报率高等问题。通过对误报原因的逐一分析，除去设备质量、施工工艺等方面的因素外，常见故障主要集中在UPS故障、双电网传感器故障以及通信故障等方面引起的误报警。针对以上问题，本文提出一种基于智能双电网的异物侵限监测新方案。

3 改进后基于智能双电网的异物侵限监测方案

3.1 方案构成

改进后的异物侵限监测方案现场采集设备主要由防护网（内含智能电网传感器）和控制主机等部分组成，其中控制主机包括前置器与异物识别模块，前置器完成信号的收发、滤波、补偿、抗干扰等功能，异物识别模块完成波形分析与报警判定等功能。

3.2 工作原理

智能双电网传感器的工作原理是在防护网上下两层各布一层网（A层、B层），当外力（如落物）砸破防护网时，A、B层断裂不同的时序形成了独特的断裂波形，如图1所示。

建立了AB波型数据库，对AB波型进行滤波、傅里叶变换等处理，提取出AB电网断裂时的幅值分量和频率分量的独有性如图2所示。根据防误触发时序检测法，来判定报警是否确实为异物侵限事件，发出异物侵限报警信息或设备故障信息。

改进后的智能双电网传感器使信号更加准确、稳定，可以精准识别异物的入侵，排除断电、电线腐蚀、接头松动、雷电、虫鼠、电磁干扰、人工破坏等情况，将误报率减少一个数量级。

同时，如图3、4所示，整个防护网的设计采用入侵控制技术，即根据集中载荷分布设计防护网的结构及材料配比，以达到防护网在受到破坏时，按设计好的方式与时序进行断裂，以便智能双电网监测传感器输出最佳信号。

同时，考虑到防护网长期在野外环境中工作，防腐蚀、抗老化、防虫鼠、防盗等尤为重要，改进后的检测网选用包括二氧化硅、苯聚脂、乙二醇等在内的高分子复合材料进行制作。改进后的防护网可满足抗老化、耐腐蚀以及绝缘、阻燃等方面的性能要求。

3.3 安全电路

异物侵限报警是优先级别最高的报警，一旦异物侵限报警，监控单元直接会控制异物侵限继电器（YWJ）落下，导致列车停车。因此，异物侵限监控子系统要求高度安全可靠，才能满足应用要求。

为保证智能双电网的可靠性，AB电网设置采用双冗余设计，传感器信号的采集使用二乘二取二的设计，充分保证其可靠性。

为保证系统安全性，异物侵限控制电路采用模拟器件和继电器电路搭建，与列控中心接口采用安全继电器。

模拟电路搭建的电网板产生动态信号后，发送端发送到室外电网传感器，接收端从电网传感器上接收信号，驱动现场落物继电器（LW1/LW2）,将落物继电器串入列控中心采集的YWJ的安全继电电路中，实现了异物侵限的安全继电电路。

监控单元和列控中心接口的落物继电器（LWJ）电源由监控单元提供。落物继电器采用JWXC-1700安全型继电器 ，其吸起电压是DC16.9～36 V。为了提高落物继电器的可靠性，监控单元采用2个DC24～60 V 可调电源作为落物继电器的驱动电源，保证了落物继电器电源的稳定可靠。

4 结束语

本文提出一种基于智能双电网的异物侵限监测新方案，方案的可实施性及优化，有待工程应用中进一步验证、完善。

[l]何华武．创新的中国高速铁路技术(上) [J]．中国工程科学，2008(9):42-43．

[2]何华武．创新的中国高速铁路技术(下) [J]．中国工程科学，2008(10) :34-35．

[3]赵树学．客运专线、高速铁路异物侵限监测方案优化[J]．铁路通信信号工程技术，2010（5):25-28．

[4]王彤，史宏，王前，等. 客运专线异物侵限监控系统技术的研究[J]．铁路计算机应用，2009(7):8-10．