轨道电路室外环境监测及预警系统研究

王梓丞

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

铁路信号设备是铁路运输中确保行车安全，提高运输效率的重要设备。其中，用于实现列车占用检测以及车地通信的轨道电路，是重要的基础安全设备之一。然而，轨道电路的室外工作环境通常比较恶劣，尤其在室外降雨量较大或道床潮湿时，轨道电路会出现大量的漏泄电流，导致轨道继电器无法正常吸起，出现“红光带”故障，严重影响运输效率。轨道电路漏泄电流增多是由于道床电阻值降低导致的，道床电阻值除了与上述轨旁湿度相关还与轨旁温度有关，轨旁温度升高会使道床电阻值降低。因此，在夏季暴雨后，轨道电路的轨旁温度和湿度都增加，常常出现“红光带”故障现象。目前，铁路电路部门基本配置了信号集中监测系统，可以实现对铁路信号室内设备的监测，但该系统缺乏轨道电路的室外监测手段，无法获取反映设备运行状态的完整数据。综上所述，开展轨道电路室外环境监测及预警系统的研究具有重要意义。

1 轨道电路室外环境监测装置

本文提出的一种轨道电路室外环境监测装置，目的在于实现对室外温度、湿度的实时采集和无线数据传输。该装置包括：温度传感器、湿度传感器、滤波单元、A/D转换单元、无线通信模块，如图1所示。其中：（1）温度传感器用于实时采集轨道电路室外温度；（2）湿度传感器用于实时采集轨道电路室外湿度；（3）滤波单元用于将上述扫温度、湿度采集信号中的噪声滤除；（4）A/D转换单元用于将将上述温度、湿度模拟信号转换为数字信号，以便于计算机处理；（5）无线通信模块用于将上述数字信号通过无线的方式发送至室内的轨道电路预警系统。

图1 轨道电路室外环境监测装置结构示意图

2 轨道电路预警系统

2.1 系统结构

在室外环境监测装置的基础上，本文还提出了一种轨道电路预警系统，实现对室外环境异常的提前预报，辅助铁路部门提前采取维护措施避免故障发生影响行车效率和安全。轨道电路预警系统包括：室外通信接口服务器、室外防火墙、数据库服务器、数据存储和备份设备、预警应用服务器、声光报警装置、室内通信接口服务器、室内防火墙、操作终端、维护终端、打印机、无线通信设备。

各模块的主要功能包括：（1）室外通信接口服务器用于通过无线通信网络实时接收室外环境监测装置采集到的温度和湿度信息。（2）室外防火墙具备防病毒、防入侵以及入侵检测功能，用于隔离无线网络中可能存在的病毒和隐患，确保预警系统的网络安全。（3）无线通信设备用于预警系统与室外环境监测装置之间通过无线方式进行单向信息传输，具体为监测装置向预警系统发送采集到的温度和湿度信息。（4）室内通信接口服务器用于通过以太网接收信号集中监测系统的轨道电路电压实时数据。（5）室内防火墙具备防病毒、防入侵以及入侵检测功能，用于隔离预警系统和信号集中监测系统，避免网络中可能存在的病毒和隐患，确保预警系统和信号集中监测系统的网络安全。（6）操作终端用于人机交互，具体地，用户可以通过操作终端对轨道电路的预警状态进行查看和操作，还可以通过终端查看实时的室外温度、湿度信息和轨道电压数据。（7）维护终端用于预警系统的研发和维保人员对预警系统进行维护，对可能出现的预警系统本身的故障进行处置。（8）打印机为A3纸幅面网络彩色激光打印机，用于打印数据报表，预警事件等信息。（9）数据库服务器是在数据库系统基础上用于实现数据库管理、数据库查询和操纵、数据库维护等功能，管理的数据包括轨道电路温度和湿度数据以及轨道电路的实时预警和历史预警数据。（10）数据存储和备份设备用于对数据库服务器所管理的上述数据进行存储和备份。（11）预警应用服务器内置预警算法模块，用于对上述数据进行实时处理，通过理论计算得到轨道电路的预警状态。（12）声光报警装置用于当轨道电路发生预警时，通过声音和光源的方式对用户进行提示，提醒用户需要尽快处理。

2.2 工作原理

如图2所示，本文提出的轨道电路预警系统部署在铁路局车站信号楼内，包括：室外通信接口服务器、室外防火墙、数据库服务器、数据存储和备份设备、预警应用服务器、声光报警装置、室内通信接口服务器、室内防火墙、操作终端、维护终端、打印机、无线通信设备。无线通信设备通过无线网络实时接收室外环境监测装置传输过来的室外环境监测采集数据。具体地，室外环境监测装置安装在室外道床的轨枕表面，安装位置在两根钢轨的中间。室外通信接口服务器通过室外防火墙与无线通信设备相连，获取室外环境监测数据，并利用室外防火墙进行物理隔离，确保网络安全。室内通信接口服务器通过室内防火墙与同样部署在铁路局车站信号楼内的信号集中监测系统的通信接口服务器相连，获取存储在信号集中监测系统数据库服务器中的轨道电压数据，其中，室内防火墙用于物理隔离的，确保预警系统和信号集中监测系统的网络安全。预警应用服务器通过综合分析轨道电压、室外温度和湿度数据，对轨道电路的预警状态进行评价，当出现故障预警时通过驱动声光报警装置对现场维护人员进行提示。预警系统将预警报表、轨道电压、室外温度和湿度数据统一存储到存储和备份设备中，并通过数据库服务器对历史数据进行维护和操作。现场维护人员可通过操作终端对轨道电路的预警状态进行查看和操作，还可查看实时的室外温度、湿度信息和轨道电压数据，必要是可通过打印机对预警报表和数据进行打印。预警系统的研发和维保人员可通过维护终端对预警系统本身可能出现的故障进行及时处置。室外通信接口服务器、室内通信接口服务器、故障预警应用服务器、数据库服务器、操作终端、打印机、维护终端统一接入既有的铁路局生产管理网中进行数据交互。

图2 轨道电路预警系统组成及原理示意图

3 结语

本文提出的轨道电路室外环境监测及预警系统方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：针对现有铁路电务部门缺乏室外环境监测手段的问题，提供了一种室外环境监测装置，能够实现对室外温度和湿度进行实时采集，监测装置能够通过无线通信的方式将采集到的信息发送至室内。此外，提出了一种预警系统，系统一方面与现有的信号集中监测系统接口获取电压数据，另一方面通过无线方式接收室外环境信息，融合上述数据进行综合评判，通过声光报警装置向用户给出预警信息，辅助用户提前对轨道电路开展维护工作，避免严重故障的发生。