京沪高速铁路地震预警系统的方案及关键参数研究
高速铁路地震监测预警系统与中国地震局台站联网预警（技术）研究
高速铁路地震监测预警系统与中国地震局台站联网预警（技术）研究 白鑫 等
高速铁路地震监测预警系统与
中国地震局台站联网预警(技术)研究
白 鑫：中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心，副研究员，北京，100081 黄志斌：中国地震台网中心，正研级高级工程师，北京，100045 张洪宇：中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心，研究员，北京，100081 杨 陈：中国地震台网中心，高级工程师，北京，100045 刘晓雨：中国地震台网中心，工程师，北京，100045
流服务器
图4 实时数据共享方案
监测台站 监测台站 监测台站
地震系统
高铁系统
中国地震 台网中心
信息服务器
自动速报 人工速报
公共数据 交换区
信息服务器
自动速报 人工速报
铁路局中心系统 信息服务器
铁路局中心系统 信息服务器
铁路局中心系统 信息服务器
图5 地震速报信息共享方案
4 中国地震局台网信息在高速铁路地震监测预警系统中的作用
流服务器
高铁系统
监测台站
铁路局 中心系统
流服务器
监测台站 监测台站
地震台站 地震台站 地震台站
省级地震 台网中心
流服务器
实时数据
公共数据 交换区
流服务器
铁路局 中心系统
流服务器
监测台站 监测台站 监测台站
地震台站 地震台站 地震台站
省级地震 台网中心
流服务器
实时数据 公共数据 交换区 流服务器
铁路局 中心系统
定：“沿线地震动峰值加速度大于0.1g 的地区应设置地震监控 自业务应用的行业专用网络，均采用高速专线作为
CHINESE RAILWAYS 2015/03
高速铁路地震预警系统控车方案研究
１ 基金 项 目 地震 科技 星火 计划 项 目 “ 高速 铁路 地震 预警 信 息传 输与 处理 技术 研 究 ”（ Ｘ Ｈ１ ３ ０ ２ ９ ）和 国家科 技支 撑计 划课 题 “ 地 震预 警与 烈度速 报 系统 的研 究与 示范应 用 ”（ ２ ０ ０ ９ Ｂ ＡＫ５ ５ Ｂ ０ ４ ）共 同资助 ［ 收 稿 日期 ］ ２ ０ １ ４ ． ０ ５ — １ ２ ［ 作 者简 介 ］ 周 银兴 ，男 ，生于 １ ９ ８ ０ 年 。工 程师 ，理 学硕 士 。主 要从 事数 字地 震观 测技 术 的应用 推广 ， 以及 数字 地 震台站 、 台 网建设 、水 库大坝 、建 筑物 的微 震 、强震 动观 测 与地震 预警 研究 工作 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｚ ｈ ｏ ｕ ｙ ｘ ＠ｇ ｅ ｏ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ． ｃ ｎ ［ 通 讯作 者 ］ 郭凯 ，男 ，生于 １ ９ ８ ６ 年 。助 理工程师 。２ ０ １ ２年获得硕 士学位 。主要从事地震预警 研究。Ｅ ｍａ ｉ ｌ ：ｇ ｕ ｏ ｋ ａ ｉ ＠ｓ ｅ ｉ ｓ ． ａ ｃ ｃ ｎ
成的几条高速铁路地震监测及 预警 系统，都是在铁路沿线布置 的台网，没有与当地地震 台网实现地震 信息共享 ，对于地震 的精 确定位 以及强度估计存在一定 的偏 差。在高速列车快速制动后 ，如果 能从地 震 台网获得相应 的地 震信 息，对于制定高速列车恢 复行 车策 略能够起 到很大 的作用 。本文在对 国外和 国内高速铁路地 震预警系统建设调研 的基础上 ，结合我 国 目前建设的地震预警系统实 际情况 ，提 出 了
１ 期
周银兴等 ：高速 铁路地震预警系统控车方案研究
高速列车地震动响应研究
高速列车地震动响应研究近年来，随着中国高速铁路建设的快速发展，高速列车地震动响应问题日益引起研究者的重视。
高速铁路作为一种重要的交通工具，其运营对于人们的出行乃至国家经济发展都具有重要的意义。
然而，在遇到地震等自然灾害后，高速铁路的安全性如何保障却成为了一个热点问题。
因此，研究高速列车地震动响应成为了当今的一项重要课题。
一、高速列车地震动响应的研究背景地震是一种常见的自然现象，一旦发生，除了对人们的生命安全造成威胁外，对于周边建筑、交通、水利等基础设施的破坏也是不可避免的。
对于高速列车来说，地震动会通过轨道传递给高速列车，对列车造成影响，对高速列车的安全构成潜在威胁。
因此，对高速列车地震动响应的研究具有重要的现实意义。
二、高速列车地震动响应的影响因素高速列车地震动响应受多种因素影响，主要包括地震动、运行速度、车辆质量、弯曲半径、轨道震动等。
其中，最主要的因素是地震动。
地震动是指地震引起的地面振动，具有复杂的波型和频谱特性。
在地震动作用下，高速列车的振动响应主要有以下影响因素：1.运行速度高速列车的运行速度是高速铁路的特征之一，它具有快速、高效、舒适的特点。
但是，随着高速列车运行速度的增加，其振动响应也越来越受到影响。
因此，在高速列车地震动响应研究中，考虑运行速度的影响是非常重要的。
2.车辆质量分布车辆质量是指高速列车各车厢质量的分布情况。
车辆质量分布对高速列车的振动响应有很大的影响。
在车辆质量相同的情况下，不同的质量分布会导致高速列车的振动响应产生显著的变化。
3.弯曲半径弯曲半径是指高速列车行驶路线的曲率半径。
弯曲半径越小，高速列车在转弯时所受的侧向加速度越大，振动响应也越明显。
4.轨道设施高速列车的行驶轨道是其运行的基础设施。
轨道结构和状态对高速列车的振动响应有很大的影响。
在不同的轨道结构和状态下，高速列车的动力学响应和振动响应会发生显著的变化。
三、高速列车地震动响应的研究方法高速列车地震动响应研究通常采用仿真模拟、试验研究和现场监测三种方法。
京沪高铁防灾安全监控系统的应用管理
高速 铁 路是 建造 在 自然 界 的构 造物 ， 以受 到灾 害 和事 所 故 的侵 袭是 不 可避 免 的 。但 是 ， 只要对 各 种灾 害 和事 故进 行 深 入 的研 究 ， 对不 同 的灾 害 和事 故 ， 针 结合 高 速 铁路 的实 际 情况 ， 制定 不 同的 防灾 安 全 对策 ， 可 以将 灾 害 和事 故 带 来 就
的损失降到最低 ， 确保高速铁路的安全运行。京沪高速铁路 自今年 ７ 开通 以来 ，防灾 安全 监控 系 统运 行 正常 稳 定 ， 月 在
发 生 台风 、暴雨 等 极端 天气 时 防灾 安全 监控 系 统及 时 报警 ， 自动提示 降 低运 行速度 ， 确保 了高 速列 车 的运 行安 全 。
４ 结 束 语
现场核查 ，检查人员检查确认无地震报警解除设备故 障后 ，
向工 务调 度 汇报 。 当终 端显 示界 面 弹 出两点 报警 对话 框 后 ， 时 为地 震 报 此
警 ， 统 已经 自动触发 信号 系统 使安 装有 Ａ Ｐ的 动车 组 自动 系 Ｔ 停车、 触发 牵 引变 电所 牵 引供 电控 制装 置使 接触 网停 电 。段 安 全生 产指 挥 中心 调度 员在 接 到通 知后 ， 即通 知 高铁 车 间 立 （ 区 ） 关人 员到 报警 点进行 现场 设备 检查 。 查人 员确认 工 相 检 设备 具备 开通 条件 后 ， 安全 生产 指挥 中心调 度员 汇报 。 向段
京 沪高铁 防 灾安全 监控 系统 的应 用管 理
１５ ４
当监控 终 端显 示界 面 弹 出单点 报警 对 话框 后 ， 安 全 生 段 产 指挥 中心 调 度员 立 即通 知 高 铁 车 间（ 区 ） 关 人 员 进行 工 相
高铁防灾系统
高铁防灾系统李可为(346377177) 8:02:52京沪高铁防灾系统，是以防灾、减灾保证高速铁路运行而设置的一个系统李可为(346377177) 8:03:04目前有四个子系统李可为(346377177) 8:03:42风监测、雨监测、防异物侵限系统、和地震子系统李可为(346377177) 8:04:41目前我局管内有48处风速计、21处雨量计、10处上跨桥防异物侵限装置、3处地震监测器李可为(346377177) 8:05:31其中防异物和防地震是与高速铁路先进的列控系统相连的。
李可为(346377177) 8:06:05也就是说，真正起到防止灾害、保证旅客生命健康安全的作用。
李可为(346377177) 8:12:26这个。
李可为(346377177) 8:16:41风监测大家都知道吧，就是测量风速的，达到一定的风速阈值，列车调度员就要下相应的调度命令，限速或者停车雨监测的就是测雨量的，为指导汛期防洪工作，设置的李可为(346377177) 8:18:19防异物系统探测器安设在上跨桥的防撞墙外面的，为了监测桥上是否有抛落物，有无失控车辆坠落到线路上。
确保行车。
李可为(346377177) 8:18:21安全李可为(346377177) 8:19:53地震子系统就是埋设在沿线地震活跃地带监测地震的系统，目的是在地震发生时，停车，停电，降低灾害对旅客生命的威胁。
李可为(346377177) 8:22:41所有的风、雨、异物、系统都是通过通道传输到基站监控单元-中继站-最后全部汇至济南西站数据处理机房。
济南西机房，是整个防灾系统的中枢，如果出现问题，可能影响运输秩序，所以是所有设备的重点，目前，济南西机房24小时有人值守。
目的是应对突发事件，启动相应的应急响应。
李可为(346377177) 8:26:46昨天我把防灾系统检查作业指导书转发在济工通知上了，大家可以简单看一下。
高速铁路防灾安全监控系统
高速铁路防灾安全监控系统高速铁路防灾安全监控系统文档1. 引言高速铁路是现代交通的重要组成部分，对于国家经济发展和人民生活起到了至关重要的作用。
然而，随着高速铁路的不断发展，其安全问题也越来越突出。
为了保障高速铁路的运行安全，我们需要建立一套高效可靠的监控系统，及时发现和处理各类安全隐患。
本文将详细介绍高速铁路防灾安全监控系统的设计原理和功能。
2. 设计原理高速铁路防灾安全监控系统的设计原理基于数据采集、数据传输与处理、数据分析与决策三个主要环节。
(1) 数据采集：系统依靠各类传感器、摄像头等设备，对高速铁路进行全方位、多角度的监测。
传感器可以监测温度、湿度、震动等物理参数，摄像头可以获取实时的图像信息。
通过这些设备，可以及时获得高速铁路的运行状态，并发现潜在的安全隐患。
(2) 数据传输与处理：采集到的数据需要通过传输设备及时传送到监控中心。
传输过程中需要保证数据的可靠性和实时性，以便在发生紧急情况时能够快速做出应对。
传输完成后，数据将被送至系统的后台，进行进一步的处理和分析。
(3) 数据分析与决策：通过对采集到的数据进行分析，确定当前高速铁路的运行状态，并通过算法进行预测，识别潜在的危险事故。
在分析的过程中，系统将会根据事先制定的安全标准，对数据进行评估和判定。
一旦系统检测到异常情况，将会立即向管理人员发出警报，并及时采取措施，确保人员和财产的安全。
3. 功能实现为了确保高速铁路防灾安全监控系统的效果和功能，我们提出以下几点实现建议：(1) 设备标准化：统一采用国际先进的设备标准，确保不同设备的兼容性和互操作性。
标准化设备的使用和维护更加简单方便，也便于后期的系统扩展。
(2) 网络建设：建立高速铁路专用的网络通信系统，确保数据传输的稳定和安全。
网络系统应包括主干网和支线网，覆盖整个高速铁路的范围。
此外，还应配置备用网络，以提供系统可靠性。
(3) 数据处理：建立高效的数据处理中心，配备强大的计算和存储设施。
高速铁路安全与防灾技术-任务6.
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京沪线防灾安全监控系统监控终端使用简介
29
3
历史记录查询
点击主界面中“历史记录查询”按钮或桌面防灾安全监控系统－历史
查询(京沪线)快捷方式图标，弹出历史记录查询程序主界面。
防灾安全监控系统 －历史查询
历史记录查询程序主界面
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京沪线防灾安全监控系统监控终端使用简介
30
3.1
高速铁路安全与防灾技术
Page: 1
任务六：高速铁路安全与防灾 系统案例-京沪高铁防灾安全监 控系统
Page: 2
1
系统功能概述
京沪线防灾安全监控终端分三类： 1）调度终端 在北京调度所、济南调度所、上海调度所京沪台分别设置调度终端。
其中： 北京局调度终端管辖范围为北京局、济南局管内防灾系统设备，上海 局调度终端管辖京沪线上海局管内防灾系统设备，均具备报警解除等操作 权限。 济南局调度终端管辖京沪线济南局管内防灾系统设备，只有查看权限、
解除控车、控电
工务调度终端
解除控车、控电
监控单元(控车)
继电器落下
列控中心
控车恢复
应用服务器
具备解除条件
…… 监控单元(控车)
继电器落下
…… 列控中心
控车恢复
监控单元(控电)
继电器落下
牵引变电站1
继电器落下
地震监测点1
低于报警门限
地震监测点2
低于报警门限
监控单元(控电)
继电器落下 Page: 21
牵引变电站2
45
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京沪线防灾安全监控系统监控终端使用简介
13
当降雨量超过报警门限值时，产生雨量报警，监测点图标由太阳变为
我国高速铁路地震监控系统技术方案研究
标准差为σ ；A，B，C，R0均为常数。
地震烈度随距离的衰减关系见图1。 不同等级的地震将会造成不同程度的损坏、灾害，由 地震烈度与距离的衰减关系，得到地震危险等级和距震中 距离关系（见图2）。 由图2，图3可知，假定在距高速铁路线路附近 10 km处发生6级地震时，对铁路将造成地震烈度为7.4度 （90~170 Gal）的破坏力——路基出现裂缝、桥梁变形、 列车脱轨；在距高速铁路线路附近50 km处发生6级地震 时，对铁路将造成地震烈度为6.3度（45~90 Gal）的破坏 力——桥梁晃动等。 3.1.3 地震监测点设置与报警安全性分析 地震监测点的设置与报警安全性有密切的关系， 假定按照高速铁路报警阈值为45 Gal，监测点设置间距 20~30 km（见图3）。A，B，C 3个监测点，当距离震中
表2 日本新干线和法国地中海线地震报警阈值和监测点间
距比较
报警阈值/Gal
监测点设置 间距（平均）/km
日本新干线
40
20
法国地中海线
40 ，65
10
表3 动力响应系数
设施名称 路堤
连续梁桥 简支梁桥 钢架桥
最大动力响应系数Di 2.50 2.25 2.35 2.55
3.2.2 轨道所能承受的最大横向加速度值[A ]的选择 （1）按GB 18306—2001《中国地震动参数区划
国外高速铁路地震监控系统的成熟做法，构建我国高速铁
路地震监控系统是完全可行的。
3.1 地震监测点的设置
3.1.1 布设原则
（1）在分析地震地质条件基础上，确定布点位置和
密度。
（2）监测点的布设应避噪声测试结果作
适当调整，选点时应尽可能远离噪声源。
（4）监测点应选择有稳定电源，通信、交通便利，
京沪高铁防灾安全监控系统的应用管理
京沪高铁防灾安全监控系统的应用管理
董志峰
【期刊名称】《上海铁道科技》
【年(卷),期】2012(000)001
【摘要】高速铁路防灾安全监控系统是铁路安全保障体系的新型科技装备，它对高速铁路的运营安全发挥着重要的保障作用。
【总页数】3页(P143-145)
【作者】董志峰
【作者单位】上海铁路局徐州工务段
【正文语种】中文
【中图分类】U238
【相关文献】
1.高速铁路防灾安全监控系统数据中心的软件防灾流程设计
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4.高铁智能防灾安全监控系统设计方案评审要点浅析
5.圆满完成石太、福厦客运专线防灾安全监控系统联调联试及武广安全监控系统补测工作
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
任务6高速铁路防灾安全监控系统案例.
石家庄铁路职业技术学院教案首页【新课内容】任务6 高速铁路安全与防灾系统案例为了预防灾害发生，京沪高铁建立了全方位的防灾安全监控系统。
京沪高铁防灾安全监控系统由风监测子系统、雨量监测子系统、地震监控子系统和异物侵限监控子系统等构成，能在运营过程中及时监控地质灾害信息并采取相应措施。
其中，地震监控子系统能在发生地震时及时准确监控地震波，并控制地震区域的列车减速或停止运行。
一、京沪高铁防灾安全监控系统概述京沪高铁防灾安全监控系统是大风监测子系统、雨量监测子系统、异物侵限监控子系统以及地震监控子系统的集成系统，并预留与道岔融雪子系统等其它子系统的接口。
京沪高铁防灾安全监控系统由风、雨现场监测设备、异物侵限现场监控设备、地震现场监测设备、GSM-R 基站（含车站、线路所）监控单元、综合维修段监控数据处理设备、调度所设备以及传输网络等组成。
整体防灾安全监控系统的构成。
二、现场监测设备现场监测设备由风、雨现场监测设备、异物现场监控设备及地震现场监测设备组成。
2.1 风、雨现场监测设备大风现场监测设备由双套风速计（芬兰Vaisala 超声波式风速计、德国Lambrecht 热场式风速计）、数据采集单元、专用安装装臵和传输线缆组成。
雨量现场监测设备由单套雨量计（具有雨量监测功能的芬兰Vaisala 超声波式风速计）、数据采集单元、专用安装装臵和传输线缆组成。
2.1.1 数据采集单元数据采集单元主要为风速计、雨量计提供电源和数据防雷，以及风速计、雨量计专用线缆和数字信号屏蔽电缆之间的转接功能。
根据现场监测点的类型，数据采集单元可分为两种：风数据采集单元和雨量数据采集单元。
因雨量计采用的超声波式风速计，故雨量数据采集单元比风数据采集单元缺少一套热场式风速计的元件。
2.1．2传输线缆风速计与数据采集单元之间采用带有航空插头的专用电缆连接，数据采集单元与基站的监控单元之间采用铁路专用数字信号内屏蔽电缆连接。
雨量计与数据采集单元之间采用带有航空插头的专用电缆连接，数据采集单元与基站的监控单元之间采用铁路专用数字信号内屏蔽电缆连接。
PPT-3-2-1京沪高铁防灾安全监控系统(200707).
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任务3 高速铁路安全与防灾综合监控系统 的总体架构组成
3-2-1 典型案例——京沪高铁防灾安全 监控系统
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1.1 整体防灾安全监控系统的构成图 防灾安全监控系统是大风监测子系统、雨 量监测子系统、异物侵限监控子系统以及 地震监控子系统的集成系统，并预留与道 岔融雪子系统等其它子系统的接口。
风雨监测点 异物监测点
基站
基站
列控中心
数据中心
工务段终端
调度台终端
工务处终端
图3-8 数据信息的传输路径
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休息一下
Page: 14
德国lambrecht热场式 芬兰vaisala超声波式 图3-4 风雨传感器示意图
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图3-5 接触网立柱上的风监测点安装示意图
Page: 7
雨量监测点现设
备：由芬兰 Vaisala超声波式 风速风向仪（具有 雨量监测功能）、 数据采集单元、专 用安装装臵和传输 线缆组成。 全线雨量监测点与 风监测点合并，如 图3-6所示。
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图3-2 京沪高铁防灾安全监控系统
Page: 4
图3-3 防灾安全监控系统FIX软件主画面
Page: 5
1）现场监测设备 风现场监测点设备：主要有双套风速风向 仪（德国Lambrecht 热场式风速风向仪、 芬兰Vaisala超声波式风速风向仪）、专用 传输线缆、专用安装装臵、数据采集单元 、安装附件等。
Page: 10
3）济南西监控数据处理设备
主要设备有交换机、数据库服务器、应用
服务器、磁盘阵列、监控终端、UPS等。
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4）调度所设备
新建京沪高速铁路某隧道超前地质预报实施细则_secret
新建xx高速铁路JHTJ-3标xx隧道超前地质预报实施细则审批：审核：编制：xx集团xx高速铁路土建工程三标段一工区xx年xx月1.工程概况xx隧道位于xx市中区xx镇xx村，起讫里程为DIK427+965～DIK428+560，全长595m，隧道进出口地形平缓略起伏，隧道洞身山坡坡度约300，地形起伏较大。
隧道进出口顶部及洞身左右侧，均为采石场，洞顶距采石场底部高程仅为10m左右，最大埋深约为118m。
1.1地层岩性隧道区除局部表覆第四系全新统人工堆积层及第四系上更新统坡洪积层外，主要为奥陶系下统白云岩、灰岩、泥灰岩，岩层受背斜及断层影响，产状变化较大。
产状为岩层产状：352°∠5°～186°∠50°。
节理发育,产状为: 145°∠70°, 175°∠63°, 246°∠85°, 288°∠87°。
1.2隧道围岩分级表1-1 隧道围岩分级表1.3地质构造1）DIK428+010处发育一断层，产状175°∠69°,断距6～８m，破碎带不发育，宽1～２m。
2）洞身DIK428+350附近为一背斜，其轴向50°，向北东顺轴向倾伏，受其影响两翼产状变化较大，轴部节理发育，为张节理，其主节理产状145°∠70°,发育间距1.0m，张开2～10cm，最大张开1.0m，充填土及碎石；另外还发育175°∠63°、246°∠85°、288°∠87°三组节理，均为微张性节理。
2.超前地质预报的目的xx隧道施工将通过超前地质预测预报，及时发现异常情况，预报开挖面前方不良地质体的位置、规模和性质，以避免突发行性地质灾害的发生，为优化，完善设计，制定科学、合理的施工方法提供地质信息依据。
3、超前地质预报工作流程4．超前地质预报组织、管理机构为保证xx隧道施工安全，一工区联合xx交通工程检测有限公司组建地质预测预报组，并实行三级动态信息和施工管理。
高速铁路地震预警监测系统工程设计方案研究
造成铁路路基下沉移位、钢轨变形断裂、桥梁与隧道混
凝土剥落等基础设施结构破坏,可能引发脱轨等以致
收稿日期:2019 07 05;修回日期:2019 11 03
作者简介:闫宏伟( 1992—) ,男,工程师,2016 年毕业于北京交通大学
控制工程专业,工学硕士,主要从事铁路通信、信号、信息研究工作,E-mail:yanyhwwow@ 163. com。
triggering unit; setting solution; high-speed railway
地震是对铁路行车安全危害性极大的一种自然灾
车毁人亡的重大事故。 必须通过对铁路沿线可能发生
已达到 350 km / h,对其运行安全有了更高的要求,提
运行安全。
害,尤其随着我国大面积高速铁路建设,列车运营速度
(1. 中国铁路经济规划研究院有限公司,北京 100038; 2. 中国铁路设计集团有限公司,天津 300308)
摘 要:地震是对铁路列车安全运营威胁较大的自然灾害之一,铁路地震预警监测系统是随着我国高速铁路建设
逐步发展起来的新系统。 对国内外高速铁路地震预警系统进行分析。 结合国内建设标准与技术标准,对我国高速
monitoring system for railways in China is suggested based on current technical situation.
Key words: earthquake early warning and monitoring system; monitoring spot; emergency disposal;
terminal and triggering unit is conducted. The advantages and disadvantages of the two solutions for
高速铁路地震预警检测系统方案研究
(1.Railway Science & Technology Research & Development Center, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China; 2.Signal & Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences
Abstract: In order to improve the reliability of high-speed railway earthquake early warning system and ensure the safety of high-speed railway trains, the status quo of earthquake warning system and the detection requirements of earthquake warning system are analyzed, and a system architecture that integrates data interface layer, data transmission layer, data exchange layer, data processing layer and application layer is constructed in this paper. According to the detection requirements of earthquake early warning system, the earthquake disposal detection scene and the experimental verification scheme of earthquake disposal detection function are designed to detect the emergency disposal function and equipment status of earthquake warning system, so as to meet the reliability requirements of earthquake early warning system of high-speed railway. The adoption of the high-speed railway earthquake early warning detection system can significantly improve the application level of the high-speed railway earthquake early warning system, and is of great significance for guiding the management and maintenance of the high-speed railway earthquake early warning system. Keywords: High-Speed Railway; Detection System; Earthquake Early Warning System; Earthquake Disposal Testing; Device Status Detection; GPRS
高速铁路地震预警系统结构与优化
以 避 免 由 地 震 引 起 的 高 铁 、 地 铁 、 输 油 气 、 燃 气 管线 、
化 工厂 和 核 设施 等 重 点 工 程 因 次 生 灾 害 造 成 的 财 产
损 失 。
地 震 预 警 的 基 本原 理 就 是 在 潜 在 的 地 震多 发 区
域 设置 地 震 监 测 设 备 ， 实 时 监 测 地 震震 动 情况 。 当
京 北 １ ０ ０ ０８ １
收稿 期 日
：
２ ０ １ ９ － ０９ ２ － ０
警 是 指 突 发 性大 震 已 发 生 、 抢 在 严 重 灾 害 尚 未 形 成
之 前 发 出 警 告 并 采 取措施 的 行 动 从 而 缩 短 反应 、
，
，
判 断 和决策时 间 ，
采取 紧 急措施来 减少 人员 伤亡 ，
ｄ ｈ ｄ ｄ ｄ ａｄ
ｏ ｎ ｉｔ ｉ
ｔ
，
ｅ ｒ ｅａｓ ｏ ｎ ｓ ａｎ
ｒ
ｅｓ
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ｈ ｑｕ ａ ｋｅ ｅａ ｙ ｒｌ ｗａ ｒ ｎｉ ｎｇ ｓｙｓ ｔｅｍ ；
，
，
，
备 结 构 进 行 了 重 点 说 明 并 对 系 统 结 构 优 化 的 原 因 与 成 果 进行 了 描 述 。 ，
高速铁路地震监测预警信号接口单元的研发
高速铁路地震监测预警信号接口单元的研发郭奇园【摘要】为向信号系统的接口输出地震紧急处置信号,实现信号系统快速控制高速列车停车,确保高速铁路行车安全,减轻地震次生灾害,研发高速铁路地震监测预警信号接口单元.作为高速铁路地震监测预警系统的关键组件,地震监测预警信号接口单元由工控机、网络通信设备、接口驱动单元、独立电源、双断驱动的AX安全型继电器和防雷装置等组成.为了确保地震监测预警信号接口单元工作的可靠性和安全性,采用了冗余、故障自检及隔离、双重过电保护等关键技术.高速铁路地震监测预警信号接口单元与铁路局中心系统、地震监测台站间采用铁路专用通信网络连接,并且为双网冗余设计.现场试验结果表明,高速铁路地震监测预警信号接口单元的各项功能及性能满足规定的技术条件要求,达到了设计要求.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】7页(P138-144)【关键词】信号接口单元;冗余设计;故障自检;过电保护;地震监测预警系统;高速铁路【作者】郭奇园【作者单位】中国铁道科学研究院通信信号研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U211.9;U298;P315.75在高速铁路较为发达的日本、法国以及中国的台湾省，均建立了相应的高速铁路地震监测系统。
当地震发生时，地震监测系统利用破坏性地震波来袭前的数秒至数十秒时间发出报警信号，触发高速铁路的信号系统或牵引变电系统动作，使高速列车尽快减速或停车，以防止或减轻地震灾害对高速铁路运输安全带来的危害，避免重大的人员伤亡和经济损失[1]。
目前，国外高速铁路地震紧急处置的模式主要有 2种：一种是以法国地中海线为代表的列控系统控制模式，即接到报警时，由列控系统发出控制列车运行的信号，自动控制列车停止运行；另一种是以日本新干线为代表的牵引变电系统控制模式，即接到报警时，牵引变电所停止向列车供电，列车因失去动力而自动减速直至停止运行[2-3]。
高铁地震可预警时间和预警区域分析
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Ｉ－）ｓＵｐ
式中Ｖｐ和Ｖｓ为Ｐ波和Ｓ波平均速度，Ｈ为震源深度（ｋｍ），Ｒ为预警点到震中的距离（ｋｍ），△为观测台站到震中的距离（ｋｍ）。
当Ｒ＝△时为现地预警，Ｒ＞△时为异地预警。
下面以图３．４和表３．Ｉ中分层速度结构为例说明地震预警时间和预警范围的关系。
本研究建议通过下式计算分层介质中Ｐ波和Ｓ波平均速度：
巧２珏Ｈ＝３·３２８锄／ｓ（３·２）
鲁Ｕ班
瓦：当：５．１９２ｋｍ／ｓ
％２矗《·ｓ（３．３）
假定发生地震的震源深度为１２ｋｍ，台站处Ｐ波记录时间三＝３ｓ，丁＝ｌｓ，地震台网的平均台站间距为５０ｋｍ，则地震震中与最近的台站最大距离为２５ｋｍ，取台站与地震震中的平均距离为△＝２５ｋｉｎ，在此条件下，对应于预警时间大于零的情况下所对应的地震预警的有效范围为最小２８．６ｋｍ以外的地区，对震中距为２８．６ｋｍ以内的区域是无法做到预警的，除此之外的其它范围都具有预警的可能性，当震中距为ｌＯＯｋｍ时和３００ｋｍ时分别大约有２０秒和８０秒可供人们采取各种应急措施，其它不同震中距对应的可预警时间见．表３．２。
Ｅ越删Ｂ（ｍ咖５．２跏ｂ】Ｖｓ】…１２ｍ＞／。
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图３．４场地速度结构
Ｆｉｇ．３．４Ｖｅｌｏｃｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ。
高铁地震的应急预案
高铁地震的应急预案
为了提高高铁地震的应急预案的效果，我们制定了以下措施：
1. 建立地震应急预警系统，及时监测地震情况并向相关部门和车辆发送预警信息。
2. 开展地震安全教育培训，提高乘客和工作人员的地震应对意识和技能。
3. 加强高铁设施的检修和维护，确保设施在地震发生时的安全性。
4. 制定应急演练计划，定期组织地震应急演练，提高应急处置的效率和快速响应能力。
5. 加强与地震部门和相关单位的合作和沟通，共同应对可能出现的地震灾害。
高速铁路地震灾害紧急处置方案的研究
全、易用的原则，对全路地震监测点要合理布局，并对 后并报警时，防灾调度人员首先通过监控系统所反映
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第 ３１ 卷 第 ８ 期
高速铁路地震灾害紧急处置方案的研究 王 彤 等
研究与建议
铁道运输与经济
查询地震信息
取得联系确认设备动作是外来 因素干扰所致但并不影响行车
管理人员
地震分析
时，工务部门要尽快排除外来因 素干扰，并上报防灾调度中心。
导致的灾害损失，以及防止次生灾害的发生。 １．２ 遵循原则
（１ ） 全面性。 高速铁路要求车、机、工、电、辆等 部门必须服从统一调度指挥， 方案必须全面考虑所涉 及专业部门及相关人员的工作职责。
（２） 高效性。 地震发生具有不确定性和突发性， 方案必须以高效性为重要原则，因此，对地震必须有 可靠的安全防灾监控系统进行预警，同时能够根据灾 害状况采取有效措施，事后立即有效启动相关救援或 者异常运作体制。
地震紧急处置管理方法，用来对安全监测、紧急处理 安全规范和标准等，以满足运行需求。
决策、事后救援和恢复运输进行组织和管理。目前国 ２ 紧急处置的组织机构设置
内，对于高速铁路的紧急处置关注点主要集中在行车
安全监控系统的建立上，而对灾害发生的紧急处置，
组织机构是紧急处置的保证，是地震灾害紧急处
以及灾后应急救援恢复工作还很少进行研究。
一。 目前，我国铁路客运专线及城际铁路（以下合称
（４） 指导性。指导各部门应该如何做或应该采取
高速铁路）建设已全面展开，高速铁路列车运行速度 怎样的态度去应对和处理，减少被动带来的更大损失。
快、行车密度高，发生地震灾害对高速铁路运行安全
（５） 可操作性。高速铁路运营具有很强的专业
具有极大的危害性。因此，迫切需要建立行之有效的 性，方案的每一项都要符合高速铁路特点，以及行业
铁路地震预警监测系统设计思考及试验研究
铁路地震预警监测系统设计思考及试验研究摘要：铁路地震预警监测系统的设计和试验研究对于提高铁路运行的安全性和可靠性具有重要意义。
通过合理选择地震传感器、优化数据采集与处理系统、设计准确有效的预警算法和高效可靠的预警通信系统，可以有效提前预警地震，保障铁路设施和乘客的安全。
关键词：铁路；地震预警；监测系统设计引言地震预警监测系统的设计思考涉及地震传感器的选择和布置、数据采集与处理系统的设计、预警算法的优化以及预警通信系统的建立等方面。
合理选择地震传感器，布置在关键位置，能够准确感知地震波的震动信号。
数据采集与处理系统能够对传感器采集到的数据进行滤波、放大和分析处理，提取地震事件的特征参数。
预警算法的设计应考虑地震波的传播速度、振幅等参数，以判断地震规模、距离和预警时间。
预警通信系统能够及时将预警信息传递给相关人员，以便采取相应的措施。
1地震预警系统概述铁路地震预警系统是一种用于监测和预测地震活动的系统，旨在提前预警地震，以保护铁路设施和乘客的安全[1]。
该系统通过地震传感器、数据采集和处理技术以及预警算法等组成部分，实时监测地震活动并及时发出预警信号。
铁路地震预警系统的组成部分包括地震传感器、数据采集与处理技术、预警算法和预警通信系统。
地震传感器是系统的核心部分，用于监测地震波的震动信号。
常用的地震传感器包括加速度计、位移传感器和应变计等。
这些传感器能够感知地震活动并将信号转换为电信号。
数据采集与处理技术用于采集和处理地震传感器所获取的信号。
采集系统负责将传感器的信号进行采集和转换，然后传输给数据处理系统。
数据处理系统则对采集到的数据进行滤波、分析和处理，以提取地震事件的特征参数。
预警算法是铁路地震预警系统的核心部分，用于根据传感器采集到的地震数据，识别地震事件并预测其发展趋势。
预警算法通常包括地震事件的识别与定位算法、震级和震源深度估计算法以及预警时间的计算算法等。
这些算法通过分析地震波的传播速度和振幅等参数，判断地震的规模和距离，并预测地震发生后的时间窗口。
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京沪高速铁路地震预警系统的方案及关键参数研究刘 林 讲师 阎贵平 教授辛学忠 高级工程师(北方交通大学土建学院)(铁道部科技司)学科分类与代码:62011030【摘 要】 京沪高速铁路及沿线区域跨越4个主要的地震带,带内地震活动活跃,地震是对高速列车行车安全危害最大的自然灾害。
在对京沪高速铁路及沿线区域地震危险性调查的基础上,对地震预警系统的构成、监测设备的设置方案及报警模式等一些关键问题进行了研究。
通过对京沪高速铁路各类典型构筑物的大量的地震响应统计分析,给出了机械式地震仪的预警水平,并提出了适于P波检测的M-R判别标准,为京沪高速铁路安全监控系统中地震预警系统的建设提供理论依据。
【关键词】 地震预警系统 安全监控系统 高速铁路Study on Schemes and Key Parameters of SeismicAlarm System for Beijing-Shanghai Express RailwayLiu Lin,Lecturer Yan G uiping,Prof.(School of Civil Engineering,Northern Jiaotong University)Xin Xuezhong,Senior E ngineer(Department of Science&Technology,Ministry of Railway)Abstract: Beijing-Shanghai express railway and its neighboring areas span over four major seismic belts,in which the occurrence of earthquake is rather active.Earthquake is the most serious disaster regarding to the safety and stability of the running express trains.Based on the seismic hazard investi2 gation to the related areas,some key issues are studied such as the frame of the seismic alarm system, the layout scheme of the monitoring device and the alarm patterns.By a lot of statistical analysis of seismic responses of various typical structures,the alarm threshold of mechanical-driven seismometeris derived,and M-R criterion to P wave detection is put forward.All these will serve as reliable theo2 retical support in the construction of the seismic alarm system for safety monitoring of Beijing-Shang2 hai express railway.K ey w ords: Seismic alarm system Safety monitoring system Express railway1 前 言高速铁路安全技术是现代高新技术的集中体现,建立高速铁路安全监控系统是世界各国在修建高速铁路时亟待解决的关键技术问题之一。
对自然灾害的监测和防范应成为安全监控系统的主要功能。
就拟建的京沪高速铁路而言,应着重考虑对风、雨(洪水)、轨温、崩塌和落石(物)、地震等自然灾害进行监测[1]。
在影响京沪高速铁路运行安全的自然灾害中,地震是一种发生概率相对较小,但危害性最大的特殊灾害。
在20世纪,我国是地震灾情最严重的国家,全球3次毁灭性地震有两次发生在我国,即1920年宁夏海原地震(8.5级,死亡20余万人)和第12卷第4期2002年8月 中国安全科学学报China Safety Science Journal Vol.12No.4Aug.20021976年河北唐山地震(7.8级,死亡24.2万人,经济损失达100亿元,当时约合50亿美元)。
20世纪的地震灾情仅次于我国的日本,已在高速铁路的安全监控系统的研究开发和实际应用方面具有许多鲜明的特点并取得大量成功的经验。
拟建的京沪高速铁路沿线穿越了4条较大的地震构造带,历史上发生的可能危及高速铁路的地震约有20次,其中,20世纪以来的危险性地震竟达7次。
就内陆地震而言,京沪沿线区域的发震频度要高于日本,因此,如何借鉴日本新干线地震预警系统的经验,开发适于京沪高速铁路线路、构筑物特点并反映历史震灾情况及未来发震趋势的高速铁路地震预警系统,是十分必要的。
2 京沪高速铁路地震危险性分析[2]京沪高速铁路沿线及周围地区是我国地震多发区,主要的地震带有4个:(1)北京至济南属华北平原地震带,该带内地震活动比较频繁,历史上记录到震级M ≥5.0级的地震约100次,曾发生过1679年三河平谷8级地震、1966年邢台7.2级地震和1976年唐山7.8级地震。
经预测,该地震带在2005年12月前的发震概率为:M5.0～5.9的地震约68%,M6.0～6.9的地震约56%,M7.0～7.9的地震约19%;(2)济南至滁州属郯城—营口地震带,该带是中国东北大陆区一条强烈的地震活动带,历史上记录到震级M ≥5.0级的地震约45次,曾发生过我国东部地区最大的一次地震,即1668年的莒县郯城间8.5级地震、1969年渤海7.4级地震及1973年海城7.3级地震。
经预测,该地震带在2005年12月前的发震概率为:M5.0～5.9的地震约41%,M6.0～6.9的地震约63%,M7.0～7.9的地震约16%;(3)滁州至苏州属河淮地震带,该带地震活动强度不大,历史上记录到震级M ≥5.0级的地震约42次,最大一次地震为1624年扬州6.5级地震。
经预测,该地震带在2005年12月前的发震概率为:M5.0～5.9的地震约81%,M6.0～6.9的地震约55%;(4)苏州至上海属长江下游—南黄海地震带,该带属中强地震带,历史上记录到震级M ≥5.0级的地震约49次,最大一次地震为1846年南黄海7.0级地震。
经预测,该地震带在2005年12月前的发震概率为:M5.0～5.9的地震约73%,M6.0～6.9的地震约30%,M7.0～7.9的地震约38%。
3 地震监测设备的设置方案根据日本新干线地震监测系统的建设经验及我国京沪高速铁路沿线的地震环境状况,建议采用以下3种方案设置地震监测设备:1)方案一:根据《中国地震动参数区划图》(G B18306—2001),在京沪高速铁路设防地震动峰值加速度大于等于0.1g (g 为重力加速度)的线路区段的变电所内设置地震监测设备。
监测设备有两种,一种是机械式的加速度报警仪,当该地震仪检测到地震动水平加速度超过预警水平时,会自动发出警报;另一种是电子式的地震仪,该地震仪能显示监测点的地震加速度波形,可进一步判断发出警报的可靠性。
2)方案二:在方案一的基础上,将显示用的地震仪增加P 波检测的功能。
3)方案三:在方案一、二的基础上,根据《中国及邻区地震震中分布图》(1990版),在距高速线路400km 范围内的潜在震源位置附近设置P 波检测仪(不妨称为特定地点的P 波检测仪)。
方案一,能有效地防止高速列车冲入地震危险线路区段,另外,电子式的地震仪能积累沿线地区的地震动资料,对于高速铁路沿线高烈度区构筑物的抗震设计及地震防灾研究具有重要的价值,但方案一的不足之处在于:(1)倘若大震发生,从警报的发出到主震袭击线路的时间间隔太短,因此留给高速列车减速的时间太少,即所谓的报警过迟的问题;(2)不必要的报警可能较多,即所谓的多余反应的问题。
就日本新干线的经验而言,其预警水平定为40伽(加速度单位,即cm/s 2),地震仪检测到超过40伽的地震平均每年发生5次,而超过40伽的地震每10次仅有1次发展到具有危害性的80伽以上。
方案二,利用地震波P 波与S 波的走时差,能提供比方案一更多的富余时间,使得列车在主震袭击线路前有更多的时间减速。
值得注意的是,这种带P 波检测的电子式地震仪仅对震源在距线路40～150km 范围内的地震发挥效用,因为对于震源距线路不超过40km 的地震,P 波与S 波的走时差小于4s ,而检测P 波并判断是否需要发出警报需4s 时间,故P 波检测无任何效用。
另外,对于震源距线路超过150km 的地震,因震源距离P 波检测点太远而很难检测到P 波。
检测P 波可分析出地震震级・67・中国安全科学学报China Safety Science Journal 第12卷2002年和震中的位置,从而在一定程度上解决报警过迟和多余反应的问题。
方案三,较前两种方案更好地解决了富余时间的问题。
一旦潜在震源附近发生危及行车安全的地震,安装在其附近的P 波检测仪将在4s 内发出警报,并能迅速地由列车集中控制装置输出线路巡检报告。
该方案对地震检测设备的要求较高,目前,P 波检测仪的研究开发、成品价格及养护维修的费用较高。
采用该方案的效果取决于对潜在震源位置预测的准确度及P 波检测仪的性能品质。
鉴于以上对3种方案的利弊分析,笔者建议在高速铁路建设及运营初期选用方案二,可较为有效地解决报警过迟和多余反应的问题,保证一定程度的报警准确度和可靠度。
待取得一定经验后,再根据发展的情况及需要来确定是否选用方案三,即在潜在震源位置附近增设P 波检测仪。
值得注意的是,在地震检测系统的初期建设时,应为将来可能增设的P 波检测系统预留足够的信息传输通道。
4 预警系统的构成由于方案三包括的监测设备最多,因此以方案三为例来说明地震预警系统的构成。
地震预警系统由3部分组成:拾震及数据处理设备;信息通信接口及传输;综合调度中心,构成图见图1。
图1 地震监测系统构成图拾震设备包括沿线变电所内的地震仪及特定地点的P 波检测仪。
变电所内的地震仪有两种,一种是机械式的报警仪,该地震仪可靠性高,当检测到地震动水平加速度值超过预警水平时,自动报警,立即切断变电所的电源,使行驶在有关路段上的高速列车紧急减速停车;另一种是电子式的地震仪,该地震仪能记录地震动的加速度波形,可进一步确认加速度报警仪发出的报警信号是否可靠,同时还有P 波检测的功能,其检测到的数据经内置的数据处理装置分析后得出震级、震中距等数据,为列车运行管制及恢复运营提供依据。