高鐵地震監控系統 gtsystem

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我公司從08年開始進行高速鐵路地震監控系統的研發,并于09年建設完成國內第一套系統應用于京津高速鐵路,目前已占據國內高速鐵路地震監控系統市場的70%的份額。

產品到目前為止經歷了兩代的發展:

第一代產品已運用于京津線、京滬線、向莆線高速鐵路;

第二代產品已運用于大西線、甘青線、集包線、閩贛線、合福線等高速鐵路。

 

 

一、系統功能

REMOS 高速鐵路地震監控和預警系統主要用于實現高速鐵路地震監控和預警兩大功能。現階段我國高速鐵路主要以地震監測報警功能為主,即當地震發生且S波峰值超過閾值時系統發出停電、控車命令。本系統已經具備地震預警功能的擴展,對于每個監測點均實現了單點P波預警的能力,未來通過納入國家臺網的數據可實現網絡地震預警的能力。其功能框圖如下圖所示:

REMOS-1

其主要功能主要包括以下內容:

1、地震監測及記錄

系統能夠實時監測布設站點的震動加速度信息,對于小地震事件能夠進行記錄和存儲。

2、地震S波報警功能

當有地震發生且S波的峰值超過報警閾值時,系統通過邏輯判斷發出報警信息并進行列控操作。

3、單點P波報警功能

REMSO系統已經具備單點P波報警功能,在前期主要用于當地的地震數據積累,不參與報警控制。通過大數據量的積累為未來系統升級到P波預警提供數據支持。

4、網絡預警功能(預留)

網絡預警是高速鐵路地震預警系統未來發展的方向,系統已經具備相應接口,當預警網絡建設完善后可進行異地預警功能,真正實現系統的預警能力。

 

二、REMOS高速鐵路地震預警與監控系統組成

REMOS系統由地震監測網絡、現場控制系統和地震安全監控與預警平臺三大部分組成。

ldsb2

1、地震監測網絡

主要是指布設在高鐵沿線的線性強震動監測網絡以及鐵路周邊地震監測網(國家地震臺網)。

現階段高速鐵路主要采用沿線的監測臺站實現地震報警功能。其布點為線性,有較大局限性,僅能實現強震報警和單點P波預警功能。未來必將納入國家地震監測臺站,實現區域面積的地震預警網絡,能夠在預警能力上大大提升。

高鐵沿線單監測點布設示意圖:

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2、現場控制系統

現場控制系統主要由終端、服務器、節點三大部分組成。具有多通道數據采集、地震波形識別、波形實時傳輸、節點閾值預警、報警邏輯判斷、地震事件記錄與存儲等功能。其架構如下圖所示:

REMOS-3

(1)終端

終端主要用于查看節點信息狀態,并提供報警界面。

(2)服務器

服務器主要用于地震報警的3取2邏輯判斷,并存儲地震事件和日志文件。

(3)節點

單個網絡監測節點設備主要包括2個加速度計、2個數據采集處理單元、1套監控單元三大部分。

2個加速度計為“與”的關系,同時接入數據采集處理單元(本系統采用REMOS地震預警現場控制單元);

2個REMOS地震預警現場控制單元互為備份,為“或”的關系,任一REMOS發出報警信息均有效;

監控單元主要采集REMOS的繼電器接點信息,并傳至服務器進行3取2邏輯判斷,當有報警發出時同時控制列控。

高鐵沿線單節點架構示意圖

gt1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、系統工作原理

單點地震監測子系統的加速度計分別安裝于1號基坑和2號基坑,基坑位置按照設計圖紙實施。

每臺REMOS同時采集兩臺加速度計的地震信號,并實時進行分析判斷,當有地震發生時,根據數據處理結果分別給出小事件報警(P波報警)、S波1級報警和S波2級報警,并通過接點接口給出事件報警干接點信號。當有故障產生時,給出故障接點報警干接點信號。系統接點輸出采用故障導向安全模式,有故障產生時事件報警無效。

兩臺REMOS之間互為備份,分別接入通信網絡的A網和B網,REMOS系統時間由數據處理中心時鐘源作為時間基準,通過網絡進行校對。

單點地震監測子系統的加速度計分別安裝于1號基坑和2號基坑,基坑位置按照設計圖紙實施。

每臺REMOS同時采集兩臺加速度計的地震信號,并實時進行分析判斷,當有地震發生時,根據數據處理結果分別給出小事件報警(P波報警)、S波1級報警和S波2級報警,并通過接點接口給出事件報警干接點信號。當有故障產生時,給出故障接點報警干接點信號。系統接點輸出采用故障導向安全模式,有故障產生時事件報警無效。

兩臺REMOS之間互為備份,分別接入通信網絡的A網和B網,REMOS系統時間由數據處理中心時鐘源作為時間基準,通過網絡進行校對。

 

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地震分為P波和S波。P波傳播速度快(7-8KM/S),破壞力小;S波傳播速度相對較慢(4-6KM/S),破壞力大。P波具備一定的識別特征,可通過一定的識別算法獲取S波的震級及到達當前點的烈度。

地震識別分為P波識別和S波識別。由于地震波形的P波有較好的識別特征,因此P波識別作為地震識別的主要條件。此識別條件可以排除大部分干擾波形。為了減小漏報的可能性,現階段P波的識別算法設置的條件稍低,通過測試(1000多條實際地震數據),數據庫內所有的地震數據均能觸發。

為了進一步減小漏報的可能性,亦可以以S波識別作為報警條件。此情況依賴于兩個傳感器的波形相似性分析。

兩種識別方法可以根據試運行一段時間后自由選取。

1、地震監測報警功能

報警是指當S波到達并且加速度閾值超過設定閾值時,通過繼電器的輸出自動進行設備控制,如列車停車、核電站控堆、大型設備斷電等。能有效的減少人為操作的不可靠性和時延,降低人生和財產損失。

地震監測報警主要利用兩個距離相隔40米以上加速度計實時檢測地面震動信號,通過檢測地震S波的峰值信息來決定是否進行列控命令。

地震S波的可識別特征相對較弱,為了降低系統的誤報和漏報率,利用相隔一定距離的兩個加速度計來進行地震識別。對于同一個地震來說,兩個加速度計的記錄數據的頻率和幅值具有很高的相似性,通過波形相似性的數據處理方法來實現地震S波特征的識別。

 

2、地震預警功能

地震預警功能可以分為兩大類。一是利用單點的P波信息來提前數秒到數十秒的提前預警能力,二是利用地震預警網絡來實現數十秒到數分鐘的提前預警能力。

利用加速度計實時監測當地的地震動數據。當有地震發生時,通過識別算法實時分析當前采集到的數據,當有P波觸發時預估當前點的S波達到的烈度信息,當烈度大小超過預設閾值時產生P波報警,并利用繼電器進行控制輸出,有效的降低有破壞性的S波到達時產生的破壞。

本系統具備P波報警功能,但不用做列控依據。當有P波觸發時,自動記錄當時的地震事件,主要用于當地地質條件下的地震數據積累,為后一步的P波預警功能升級提供數據支撐。

P波預警的報警條件可以設置(為了記錄到更小的地震數據,P波報警閾值可以設低,現階段為2gal)。

四、第二代REMOS系統的優勢

經過不斷的改進和完善,第二代REMOS高速鐵路地震預警與監控系統進行了革命性的改進,相比第一代系統有了質的提升,其應用和功能對比如下表所示:

 

第一代高鐵地震監控系統

第二代高鐵地震監控系統

應用

京津、京滬、向莆線

大西、甘青、青榮、閩贛、集包線

組成

BASALT+FCU+ES-T

REMOS+ES-T

特點

S波閾值報警;雙傳感器地震識別

P波識別(沿線數據積累);單傳感器地震識別+雙傳感器地震識別

描述

數據按秒打包處理;

雙傳感器地震識別;

單點遠程升級維護;

CS架構;

現場復位處理;

基于BASALT二次開發;

Linux+windows控制系統;

結構及協議較為復雜;

數據50ms處理一次;

單傳感器地震P波識別;

批量遠程升級維護(任意站點及終端);

BS+CS+FTP架構;

遠程復位處理能力;

底層開發;

Vxworks嵌入式實時控制系統;

結構及協議簡潔;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1、數據處理時間

第一代系統(京津、京滬)由于basalt記錄器(僅用到記錄器的采集及傳輸功能)自身的限制(數據按1秒打包且不提供底層開發),其S波報警的時間>1s(從傳感器檢測到峰值過閾值至FCU產生繼電器動作時間)。REMOS系統按50ms的時間間隔進行數據處理,時效性大大提高。

2、靈活的系統架構

系統vxworks實時操作系統,能夠很好的響應高速鐵路地震預警的實時性要求。采用BS+CS+FTP架構,能夠很好的滿足用戶和二次開發的需求。

3、報警繼電器

報警繼電器采用常開接點(驅動有效),脈沖方式驅動。電磁干擾及短時抖動均不能觸發繼電器動作。且與故障繼電器關聯,產生故障時報警繼電器輸出無效。

4、遠程硬復位及看門狗

為了方便設備維護,系統提供遠程硬復位功能,可以實現終端對節點的遠程斷電硬復位。

自帶看門狗功能,可以實現多種情況下的系統自動軟復位。

5、批量維護及升級

由于高鐵沿線設備較多且分散,系統提供了極為方便的遠程批量維護及升級功能。

可以進行如下功能:

①遠程批量自動標定功能;

②遠程批量狀態查看及參數設置;

③遠程批量程序升級

 

五、系統功能指標

序號

功能

描述

指標

備注

1

采集精度

通道采樣精度

24

通道隔離

2

采集通道數

支持兩個加速度計

8通道

同步采樣

3

測量范圍

傳感器輸出電壓匹配

±10V

 

4

采樣頻率

 

10-1000Hz

可設置

5

P波報警延時

P波初至到發出報警的時間間隔

小于3

繼電器輸出

6

S波報警延時

S波達到閾值到發出報警的時間間隔

小于1

繼電器輸出

7

時間系統

GPS對時

小于2毫

支持NTP

8

存儲容量

 512M固態+USB擴展

4G

可擴展

9

工作溫度

室內工作溫度

-20-55

 

10

防水等級

 

IP65

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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