大国重器：高速铁路技术发展纵横

防灾安全监控系统为列车运行计划调整、控制提供依据，保证列车正常运行。日本、德国、法国等国均开发了高速铁路防灾安全监控系统，并采用了较完善的安全性能保障列车行车安全。例如，日本新干线对风、雨、洪水、雪、地震、异物侵限进行监测，当达到报警控车条件时立即对列车限速，当地报时立即切断接触网电源；法国高速铁路对风、地震、异物侵限进行监测，当风、地震、异物侵限监测达到报警控车条件时立即对列车限速。中国高速铁路也设置了防灾安全监控系统。

1．大风监测系统

高速铁路与普通铁路相比，一方面列车运行速度要快，另一方面列车轴重要轻。因此，风对高速铁路安全的影响是不容忽视的。强横风作用下，接触网可能引起强烈摆动、翻转；作用于车辆的侧向大风则将影响列车运行的横向稳定性，可能造成列车倾覆。长大桥、车站一般要设风向风速计，风期长、风力强劲的风口也应设置风向风速计，而气象部门只能提供大面积范围内的气候概况，不能满足高速铁路特定点、线和具体数据的实时性要求，所以，高速铁路针对大风灾害所采取的安全对策是建立大风监测子系统（系统还需与气象部门联网，以保证数据的合法性和对未来天气的预测需要）。该系统由风向风速计、发送装置、接收分析记录显示装置组成。大风监测系统在风速达到定值时，自动通知中央控制中心，控制列车减速或停止运行。警报标准根据线路条件、列车抗风性能、周围环境等因素综合考虑。

京津城际高速铁路全线设置了12处大风监测点，监测实时风速。当风速超过报警值 3 s 时，自动弹出报警点和建议限速值。此时调度员根据报警点前后两个监测点的里程坐标确定限速区段，并立即向相关列车司机发布调度命令，对来不及发布调度命令的列车，立即通知司机。当大风监控系统发出禁止运行的报警信息后，列车调度员及时关闭相关信号并通知司机停车地点或指示司机立即停车。当大风监测系统报警解除后，列车调度员向相关列车发布恢复正常运行的调度命令。根据规定当风速大于15 m/s、小于20 m/s时，列车限速300 km/h；风速大于20 m/s、小于25 m/s时，列车限速200 km/h；风速大于25 m/s、小于30 m/s时，列车限速120 km/h；风速大于30 m/s时，列车禁止进入该区段。

2．异物侵限系统

为确保高速铁路行车安全，应在公跨铁立交桥上安装异物侵限监控装置，检测机动车、大型货车因故越过护栏（防撞墙）、护网（防抛网）而侵入高速铁路限界。京津城际高速铁路全线设置了5处公跨铁立交桥异物侵限监测点，在公跨铁立交桥的两侧均设置防护网，当异物落下砸断防护网侵入铁路限界时，防灾系统向CTC系统发送异物侵限报警信息，同时通过列控联锁触发列车自动停车。列车调度员接到落物报警的信息后，应立即呼叫有关列车停车，并通过视频监视系统进行查看，同时汇报给调度所值班主任。值班主任应立即通知工务、电务、供电、公安等部门赶赴现场检查。当视频监视系统不能显示、显示不清或显示无异状时，列车调度员进行相关处理，通知司机改按目视模式行车，以遇到障碍时能随时停车的速度（限速 20 km/h）运行。列车调度员接到现场开通线路的报告后，由助理调度员根据现场请求，点击临时通车按钮恢复行车。不能设置时，列车调度员应向通过该地段的列车同步发布限速运行的调度命令。

3．雨量监测

铁路雨水灾害不像地震、风灾那样具有突发性，而有积少成多、循序渐进的过程，如京沪高速铁路多处于河流下游的平原地区，沿线地区日最大降雨量均大于 100 m，降雨大多集中于汛期（6—9 月份），铁路桥及线路易受汛期江河灾害、江河决堤、水库溃决等影响，路基常处在淹没状态，造成线路沼坡、沉降、坍塌和路基及桥涵设施等灾害。

为减少洪水对高速铁路带来的灾害，需要建立雨量及洪水监测子系统。该系统根据高速铁路沿线气象、水文、灾害历史及线路的路基、桥梁等设计状况，有针对性地设置监测终端，有效地制订运营及防洪措施。高速铁路受降雨及洪水的破坏，主要表现在路堤、桥梁破坏，以及路堑、边坡破坏三大方面。路堤破坏主要有边坡侵蚀、堤内水位上升、排水不良等；桥梁破坏主要为桥墩台过度冲刷、桥梁撞击、水位过高等；路堑、边坡破坏，很大一部分也是由雨水冲刷造成的。因此，应针对上述情况考虑设计相应的探测及数据采集设备。雨量及洪水监测子系统由数据采集、数据传输、监测终端等设备构成。设置在各地点的雨量计通过各自的带阻滤波器连接在一对芯线上，通过各自对应的频率发生器发送信号，接收记录装置分别接收各自频率的信号，分析、统计各监测点的雨量信息。发布降雨警报的标准是非常复杂的问题，报警、限速虽然保证了灾害发生时的安全，但如果灾害没有发生就会使列车误点或停运，破坏正常运输。为此，设定限速标准时，要确实把握现场情况，既要保证安全，又要使运输损失控制在最低程度，同时还要根据环境的变化，经常予以调整。日本东海道新干线明确规定了降雨警报的发布标准及限速措施，例如连续雨量（24 h的累计）达140 mm或每小时雨量达40 mm，就要实行限速 170 km/h运行，且每30 min须报告雨量一次。(www.xing528.com)

4．地震监测系统

在影响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少但危害性最大的一种特殊灾害，例如京沪高速铁路沿线将穿越四条较大的地震构造带，历史上发生可能危及高速铁路行车的地震约有20余次。我国借鉴国外地震预警的经验，开发了适用于中国高速铁路线路、构造物特点，并反映历史震灾情况及未来发展趋势的高速铁路地震预警系统：结合智能京张、智能京雄、京津城际等高速铁路地震预警示范应用，加快推进地震预警信息服务能力建设；借鉴国内外已有的实践经验，开展高速铁路地震预警社会风险性分析，推动高速铁路地震预警信息发布与紧急处置等方面的政策法规建设；持续跟踪高速铁路地震监测预警系统的应用情况，深化高速铁路地震预警技术研究和应用，不断提高系统的准确性和可靠性。

高速铁路地震预警系统由高铁地震预警监测系统和车载紧急处置装置组成，可以实现高速铁路沿线地震实时监测。地震台网信息接入生成传输发布，地震警报信息和紧急处置信息通过车地联动的方式，对列车采取紧急处置措施。当地震发生时，高铁沿线的传感器，监测到地震波，信息紧急发送到铁路局集团公司中心系统，铁路局集团公司中心系统结合国家地震台网信息，计算出震源、震级、影响范围，在地震波到达线路前，通过GPRS将信息发送至车载紧急处置装置，对行驶的列车发出预警信号，提前使列车减速或紧急制动，确保车上人员生命安全。

中国地震局与中国铁路总公司就高铁地震预警进行战略合作签约，2018年实现地震速报信息接入，2021年正式为全国高铁提供地震烈度速报与预警信息服务。此次协议签署将推进高速铁路地震预警系统与中国地震台网信息系统互联互通工程实施，实现地震系统和铁路部门之间的信息接入与共享。

5．雪害监测系统

下雪时积雪对高速铁路的主要危害如下：暴风雪形成的雪堆过高时影响行车安全；高速列车气动力卷起积雪并凝结在列车车体底部，导致车辆绝缘失效；列车从降雪地区行至温暖地区，车下积雪或结冰脱落，砸向道床，使道砟飞起，危害车辆设备及附近建筑物和人员；积雪使道岔转换扳动失灵等。

为应对雪害，应在风口地段设置防雪栅或防护林，防止在线路和设施上形成雪，同时在适当地点设置防雪崩柱，阻止斜坡发生雪崩；降雪路段配备自动喷水器进行融雪；人工或机械清除积雪；车体下部易凝雪的地方加设防护装置和加热融雪装置；道岔处采用融雪装置；设置雪害监测设备等。雪害监测设备包括降雪计、积雪深度计、自动控制部分及除雪（热风融雪、温水喷射融雪）设备等。