高速铁路灾害监测系统误报警分析及改进措施探讨

杨礼，武明生，赵方霞，熊伟

（中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081）

0 引言

截至2018年底，我国高速铁路运营里程已超过2.9万km，为保障列车运行安全，已开通的高速铁路均同步建设了高速铁路自然灾害及异物侵限监测系统（简称灾害监测系统），对铁路沿线风、雨、雪、地震及异物侵限事件进行实时监测，同时具备报警、预警及联动触发功能，为运营管理调度指挥提供报警、预警信息，有效防止或减少自然灾害对高速铁路列车运行安全的影响[1-2]。

我国高速铁路灾害监测系统起步晚、发展快，是从无到有、从有到完善的过程。2008—2012年，灾害监测系统经历了科学研究和实践探索，形成了现场传感器、监控单元、监控数据处理、监测终端四级架构。2013年至今，伴随原中国铁路总公司相关技术条件、标准规范[3-4]的发布实施，确立了铁路局集团公司中心系统和现场监测设备两级架构。灾害监测系统误报警[5-6]现象在早期较多，随着灾害监测系统的成熟稳定，系统误报警数量逐渐减少。

根据2016—2018年全路灾害监测系统运营数据调研分析[7]，灾害监测系统在既有运营线路长期运行过程中也逐渐暴露了一些问题，其中误报警现象是一个重要问题，由于误报警问题的存在，导致系统产生错误限速、禁止行车、脱离监控等提示信息，造成列车晚点、停运，给铁路运营管理单位带来损失。例如，2016年京广线灾害监测系统提示异物侵限停运报警，经检查为空气开关故障；2017年宁启线灾害监测系统提示异物侵限停运报警，经检查确认为监控单元遭受雷击致使UPS故障；2018年合蚌线灾害监测系统提示大风停运报警，经检查为2#风速风向计数据异常。针对灾害监测系统误报警问题，从联调联试[8-10]角度开展误报警分析，提出改进措施，为系统完善和运营维护提供技术参考。

1 误报警分析

灾害监测系统误报警是指高速铁路现场沿线风、雨、雪监测数据未达到报警阈值及未发生异物侵限情况下，系统产生风报警、雨量报警、雪深报警、异物侵限报警。误报警影响高速铁路列车安全行车，给运营单位带来不便。考虑灾害监测系统发展过程并结合全路调研数据，选取2016—2018年的运营数据，从类型、原因及误报率方面对灾害监测系统误报警进行分析。

1.1 误报警类型分析

灾害监测系统误报警类型主要包括风误报警、雨量误报警、雪深误报警、异物侵限误报警。2016—2018年全路共发生灾害监测系统误报警情况69次，具体各类误报警类型见图1，异物侵限误报警是影响行车安全的主要误报警类型，其次是风误报警、雨量误报警。

图1 误报警类型统计

1.2 误报警原因分析

灾害监测系统由铁路局集团公司中心系统和现场监测设备两级架构组成（见图2）。从系统架构角度对灾害监测系统运营数据进行调研分析，引发误报警的原因主要由现场采集设备（包括风速风向计、雨量计、雪深计、异物侵限监测电网等）、监控单元、中心机房设备、监测终端硬件设备故障等造成（见图3）。

图2 灾害监测系统网络拓扑示意图

图3 误报警原因分析

2016—2018年全路灾害监测系统误报警原因统计见图4，现场采集设备故障是引发误报警的主要原因，监控单元故障次之。

图4 误报警原因统计

1.3 误报率分析

高速铁路灾害监测系统误报率p可用下式表示：

式中：n为误报警次数；m为全线已开通运营灾害监测系统数量。

根据调研数据，2016—2018年灾害监测系统误报率分别为22.9%、17.5%、16.9%（见表1）。

表1 灾害监测系统误报率统计

由表1可以看出，开通运营灾害监测系统数量逐年增加，但误报率正在逐年下降，主要是因为灾害监测系统相关技术及设备的逐渐成熟稳定。

2 改进措施探讨

联调联试是通过对灾害监测系统风监测、雨量监测、雪深监测、异物侵限监测、设备冗余、设备状态监测、辅助功能的动态测试，验证灾害监测系统是否符合设计文件及相关技术文件要求，为动态验收提供依据，是铁路建设的最后一个环节，也是线路开通运营前的最后一道关卡。从联调联试角度开展误报警分析，通过联调联试期间强化检测手段，系统运营阶段成立专项检测，防止或减少灾害监测系统误报警现象，为系统完善和运营维护提供参考。

2.1 强化检测手段

由于高速铁路灾害监测系统误报警影响行车安全，联调联试期间对风、雨、雪、异物侵限报警功能的检测工作是重中之重。其中针对风报警进行的检测项包括：风速报警及限速提示、风速报警时限、风速报警解除时限、风速报警临界值、风速报警评判、风速数据过滤；针对雨量报警进行的检测项包括：小时雨量报警及限速提示、24 h雨量报警及限速提示、连续雨量及限速提示、雨量报警解除；针对雪报警进行的检测项包括：雪深报警及限速提示、雪深数据过滤；针对异物侵限报警进行的检测项包括：电网实时监测、异物侵限报警、临时行车、现场恢复、调度恢复、远程试验、与信号系统接口、异物侵限对位、监控单元异常情况。联调联试各报警类型检测次数见表2。

表2 联调联试各报警类型检测情况

根据调研数据分析结果，为了加强对灾害监测系统误报警现象的检测，在现有联调联试检测手段基础上进行2个方面改进。

（1）升级检测方法。在联调联试期间，采用场景法通过模拟监控单元空气开关跳断、UPS电源故障、配线断裂、防雷模块故障、DI开关量采集模块故障、接触网异常停电跳闸、板卡通信故障及风、雨、雪、异物监测电网等现场采集设备故障等场景，在监测终端观察相关数据显示信息，检验系统在监控单元、现场采集设备故障下的误报警情况。

（2）增加误报率检测项目。联调联试过程中，在铁路局集团公司中心系统服务器模拟的风、雨量监测数据和报警数据，在正线现场雪深激光点处模拟雪深监测数据和报警数据，在异物桥、轨旁箱处对监测电网进行通断操作，将预定结果与系统处理结果进行比较，通过分析指定次数的报警数据，检测灾害监测系统误报率。

通过升级检测方法、增加检测项目，能够对灾害监测系统风、雨、雪、异物侵限误报警原因进行全面分析，对系统误报率进行检测，为铁路局集团公司运营维护灾害监测系统提供建议及应对措施参考。

2.2 开展专项检测

自2008年京津城际铁路开通运营以来，最早投入建设的灾害监测系统使用年限已超过10年，随着灾害监测系统逐渐成熟完善，较早开通运营线路的灾害监测系统的相关功能、性能已不能满足现有标准文件要求[8]；铁路沿线现场采集设备历经风吹、雨淋、日晒等，采集数据的准确性、可靠性有待验证；既有线已开通运营的灾害监测系统涉及软件修改、升级，暂无第三方检测验证。综合考虑灾害监测系统误报警分析结果，对既有线灾害监测系统进行专项检测很有必要，具体为成立专项检测，定期对既有运营线路灾害监测系统进行检测，具体如下。

（1）系统功能验证。依据现阶段联调联试文件要求，采用容错性检测法、场景法、等价类划分法、实时性检测法、时限检测法对灾害监测系统风、雨、雪、异物侵限监测子系统进行功能、性能检测，验证系统是否满足相关标准要求。

（2）现场采集设备标定。结合影响灾害监测系统误报警的设备故障，定期对风、雨、雪现场传感器采集数据的准确性、有效性进行标定。

（3）增加误报警检测项目。采用场景法，在监控单元、现场采集设备增加监控单元空气开关跳断、UPS电源故障、风速风向计、雨量计等，并模拟风、雨、雪报警，将预定结果与系统处理结果进行比较，通过分析指定次数的报警数据，检测灾害监测系统误报情况。

开展灾害监测系统专项检测能够直接对既有运营线路灾害监测系统进行检测，不再局限于联调联试阶段，检测数据客观严谨，具有说服力。

3 结束语

通过对全路灾害监测系统误报警数据的统计分析，异物侵限误报警是导致误报警的主要类型，现场采集设备故障是导致误报警的主要原因，而且不同年份的系统误报率不尽相同，误报警影响了高速铁路的运营效率。针对灾害监测系统面临的误报警问题，可从强化联调联试检测手段、定期对既有运营线路灾害监测系统进行检测等方面探讨改进措施，进而减少或防止灾害监测系统误报警的发生，为高速列车安全平稳运行提供技术保障。