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;黄志斌;张洪宇;杨陈;刘晓雨

【摘要】地震预警可在地震发生后、破坏性地震波到来前，提供数秒至数十秒的

预警时间，以便在此期间采取相应应急处置措施，是保证高速铁路运行安全的有效手段。提出高速铁路地震监测预警系统与中国地震局地震台网互联互通进行联合预警的网络互联方案、数据信息共享方案，阐述在高速铁路地震预警监测系统中应用中国地震台网信息的作用。

【期刊名称】《中国铁路》

【年(卷),期】2015(000)003

【总页数】5页(P32-36)

【关键词】高速铁路;地震;监测台站;联网

【作者】白鑫;黄志斌;张洪宇;杨陈;刘晓雨

【作者单位】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;中国地震台网中心，正研级高级工程师，北京，100045;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;中国地震台网中心，高

级工程师，北京，100045;中国地震台网中心，工程师，北京，100045

【正文语种】中文

【中图分类】U211.9;U238

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

随着我国高速铁路的建设，列车运行速度大幅度提高，地震对列车运行安全性的危害风险也随之增加。对于较小震级的地震，即使不会损害线路的结构，也极有可能导致列车在高速运行中脱轨，造成灾难性的危害。因此如果能在破坏性地震波到来前及时发出预警信息，采取相应应急处置措施，则可有效地保障高速铁路运行安全。将中国地震局地震台网站点作为高速铁路地震监测预警系统的外围监测点，利用高速铁路沿线自建的地震监测台站信息与中国地震局高密度地震台站的速报信息和预警信息进行联合预警，可以提高计算精度、获得更多的响应时间，有利于更早地监测到地震发生，极大提高高速铁路地震预警水平。

1.1 高速铁路地震预警

高速铁路地震预警就是在高速铁路沿线或潜在震源附近设置地震仪，当地震发生并达到报警水平时，利用电磁波与地震波的速度差以及P波与S波之间的速度差，

在破坏性地震波到来之前给地震影响区域内正在行驶的列车提供几秒到几十秒的预警时间，使列车减速或停车，避免安全事故发生。高速铁路地震监测预警系统包括阈值报警与P波预警两种模式。

（1）阈值报警指在地震发生后，若高速铁路沿线地震台站实时监测的地震动参数达到或超过预定的阈值时将发出地震报警信息。此时本区段地震灾害可能已经发生，阈值报警仅可起到阻止相邻区间的列车进入灾害区，防止发生次生灾害的作用。

（2）P波预警是通过布设在高速铁路沿线的地震台网或强震台网以及实时通信传

输线路对地震进行实时监测，利用地震初至时的P波信息快速分析出地震震中与

铁路线的距离、地震震级、震源深度等参数，或者直接估计高速铁路沿线地震动参数，当预测的地震动参数达到或超过预定的阈值时发出地震预警信息，对可能受破坏线路上运行的列车进行管制，使得高速列车在主震袭击线路前有更多的时间减速或停驶，以防止出轨，消除潜在威胁。

1.2 高速铁路地震监测预警系统构成

高速铁路地震监测预警系统可采用铁路局中心系统与铁路沿线现场监测设备两级架构（见图1）。铁路局中心系统由地震监测预警信息系统和通信接口单元构成，设置在铁路局信息机房内；现场监测设备设置在铁路沿线牵引变电所、分区所、AT 所、通信中继站及列控中心附近，由地震仪、监控单元、信号接口单元、网络通信设备等组成。

地震监测预警系统对高速铁路沿线地震活动进行实时连续监测，接收相邻铁路局地震监测预警系统及地震部门相关地震信息进行数据分析及处理。当地震发生后，若监测到地震动强度达到报警阈值，及时向铁路局中心系统发出地震预警或报警信息，通过牵引供电系统、列控系统和车载紧急处置装置控制列车减速或紧急制动。同时，根据地震影响范围，铁路局中心系统向铁路局调度指挥系统提供列车运行管制、灾后恢复和启动救援等信息。

2.1 高速铁路地震监测台站设置

TB 10621—2009 《高速铁路设计规范（试行）》中规定：“沿线地震动峰值加

速度大于0.1 g的地区应设置地震监控点，地震监控点应具有S波监控功能，有条件时宜具备P波预警功能。”GBJ 111《铁路工程抗震设计规范》规定：“位于地震烈度大于Ⅶ度地区的结构物，应进行抗震设计。” 因此高速铁路在地震烈度大

于等于Ⅶ度的线路区段需设地震监测点。

我国的地震活动主要分布在西南地区、西北地区、华北地区、台湾地区、东南沿海地区的23条地震带上。目前已建的京津、京沪、郑西、石太、合宁、温福、福厦、甬台温等客运专线或高速铁路都地处或接近这些活跃地震带。根据GB 18306—2001《中国地震动参数区划图》的标定，这些地区的地震动峰值加速度达到了

0.1 g（1 g=981 cm/s2），即地震基本烈度在Ⅶ度以上。对比2020年中国高速

铁路路网规划和《中国地震动峰值加速度区划图》，通过Ⅶ度区以上的高速铁路里程约在7 500 km以上。因此，这些铁路线均应设置地震监测台站。

高速铁路地震监测台站宜布设在牵引变电所/分区所/AT所附近，有利于及时断电

回应。用于地震P波预警的铁路沿线台站，地震仪距铁路线路中心线距离原则上

应满足无列车影响时场地背景振动噪声小于0.000 1 g和列车通过时综合噪声水平小于0.001 g的要求。

2.2 中国地震局地震监测台站分布

通过“十五”重大工程项目“数字地震观测网络”的实施，中国地震局已经建成了由1个国家地震台网和31个省级地震台网组成的覆盖全国的高密度地震监测台网。全国地震运行台站达到1 014个，其中包括国家台站148个、区域台站814个、火山台站33个、2个台阵19个台点，有利于迅速报出地震发生的时空场。全国

地震台站的分布见图2。

3.1 高速铁路地震监测预警系统和中国地震局台网联接方案

高速铁路地震监测预警系统（简称高速铁路系统）和中国地震局台网（简称地震系统）都拥有各自业务应用的行业专用网络，均采用高速专线作为通信信道单独成网，与其他网络系统隔离，具备较高的安全性与自治域独立运管能力。要使高速铁路系统与地震系统在各自已有系统的基础上实现互联，首先要保证现有系统的正常运转，任何设计建设都不能对已有业务产生任何影响。

为了实现高速铁路系统与地震系统的网络互联，两者之间需要建立一个数据安全交