高铁地震监控系统 gtsystem

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我公司从08年开始进行高速铁路地震监控系统的研发,并于09年建设完成国内第一套系统应用于京津高速铁路,目前已占据国内高速铁路地震监控系统市场的70%的份额。

产品到目前为止经历了两代的发展:

第一代产品已运用于京津线、京沪线、向莆线高速铁路;

第二代产品已运用于大西线、甘青线、集包线、闽赣线、合福线等高速铁路。

 

 

一、系统功能

REMOS 高速铁路地震监控和预警系统主要用于实现高速铁路地震监控和预警两大功能。现阶段我国高速铁路主要以地震监测报警功能为主,即当地震发生且S波峰值超过阈值时系统发出停电、控车命令。本系统已经具备地震预警功能的扩展,对于每个监测点均实现了单点P波预警的能力,未来通过纳入国家台网的数据可实现网络地震预警的能力。其功能框图如下图所示:

REMOS-1

其主要功能主要包括以下内容:

1、地震监测及记录

系统能够实时监测布设站点的震动加速度信息,对于小地震事件能够进行记录和存储。

2、地震S波报警功能

当有地震发生且S波的峰值超过报警阈值时,系统通过逻辑判断发出报警信息并进行列控操作。

3、单点P波报警功能

REMSO系统已经具备单点P波报警功能,在前期主要用于当地的地震数据积累,不参与报警控制。通过大数据量的积累为未来系统升级到P波预警提供数据支持。

4、网络预警功能(预留)

网络预警是高速铁路地震预警系统未来发展的方向,系统已经具备相应接口,当预警网络建设完善后可进行异地预警功能,真正实现系统的预警能力。

 

二、REMOS高速铁路地震预警与监控系统组成

REMOS系统由地震监测网络、现场控制系统和地震安全监控与预警平台三大部分组成。

ldsb2

1、地震监测网络

主要是指布设在高铁沿线的线性强震动监测网络以及铁路周边地震监测网(国家地震台网)。

现阶段高速铁路主要采用沿线的监测台站实现地震报警功能。其布点为线性,有较大局限性,仅能实现强震报警和单点P波预警功能。未来必将纳入国家地震监测台站,实现区域面积的地震预警网络,能够在预警能力上大大提升。

高铁沿线单监测点布设示意图:

gt2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2、现场控制系统

现场控制系统主要由终端、服务器、节点三大部分组成。具有多通道数据采集、地震波形识别、波形实时传输、节点阈值预警、报警逻辑判断、地震事件记录与存储等功能。其架构如下图所示:

REMOS-3

(1)终端

终端主要用于查看节点信息状态,并提供报警界面。

(2)服务器

服务器主要用于地震报警的3取2逻辑判断,并存储地震事件和日志文件。

(3)节点

单个网络监测节点设备主要包括2个加速度计、2个数据采集处理单元、1套监控单元三大部分。

2个加速度计为“与”的关系,同时接入数据采集处理单元(本系统采用REMOS地震预警现场控制单元);

2个REMOS地震预警现场控制单元互为备份,为“或”的关系,任一REMOS发出报警信息均有效;

监控单元主要采集REMOS的继电器接点信息,并传至服务器进行3取2逻辑判断,当有报警发出时同时控制列控。

高铁沿线单节点架构示意图

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三、系统工作原理

单点地震监测子系统的加速度计分别安装于1号基坑和2号基坑,基坑位置按照设计图纸实施。

每台REMOS同时采集两台加速度计的地震信号,并实时进行分析判断,当有地震发生时,根据数据处理结果分别给出小事件报警(P波报警)、S波1级报警和S波2级报警,并通过接点接口给出事件报警干接点信号。当有故障产生时,给出故障接点报警干接点信号。系统接点输出采用故障导向安全模式,有故障产生时事件报警无效。

两台REMOS之间互为备份,分别接入通信网络的A网和B网,REMOS系统时间由数据处理中心时钟源作为时间基准,通过网络进行校对。

单点地震监测子系统的加速度计分别安装于1号基坑和2号基坑,基坑位置按照设计图纸实施。

每台REMOS同时采集两台加速度计的地震信号,并实时进行分析判断,当有地震发生时,根据数据处理结果分别给出小事件报警(P波报警)、S波1级报警和S波2级报警,并通过接点接口给出事件报警干接点信号。当有故障产生时,给出故障接点报警干接点信号。系统接点输出采用故障导向安全模式,有故障产生时事件报警无效。

两台REMOS之间互为备份,分别接入通信网络的A网和B网,REMOS系统时间由数据处理中心时钟源作为时间基准,通过网络进行校对。

 

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地震分为P波和S波。P波传播速度快(7-8KM/S),破坏力小;S波传播速度相对较慢(4-6KM/S),破坏力大。P波具备一定的识别特征,可通过一定的识别算法获取S波的震级及到达当前点的烈度。

地震识别分为P波识别和S波识别。由于地震波形的P波有较好的识别特征,因此P波识别作为地震识别的主要条件。此识别条件可以排除大部分干扰波形。为了减小漏报的可能性,现阶段P波的识别算法设置的条件稍低,通过测试(1000多条实际地震数据),数据库内所有的地震数据均能触发。

为了进一步减小漏报的可能性,亦可以以S波识别作为报警条件。此情况依赖于两个传感器的波形相似性分析。

两种识别方法可以根据试运行一段时间后自由选取。

1、地震监测报警功能

报警是指当S波到达并且加速度阈值超过设定阈值时,通过继电器的输出自动进行设备控制,如列车停车、核电站控堆、大型设备断电等。能有效的减少人为操作的不可靠性和时延,降低人生和财产损失。

地震监测报警主要利用两个距离相隔40米以上加速度计实时检测地面震动信号,通过检测地震S波的峰值信息来决定是否进行列控命令。

地震S波的可识别特征相对较弱,为了降低系统的误报和漏报率,利用相隔一定距离的两个加速度计来进行地震识别。对于同一个地震来说,两个加速度计的记录数据的频率和幅值具有很高的相似性,通过波形相似性的数据处理方法来实现地震S波特征的识别。

 

2、地震预警功能

地震预警功能可以分为两大类。一是利用单点的P波信息来提前数秒到数十秒的提前预警能力,二是利用地震预警网络来实现数十秒到数分钟的提前预警能力。

利用加速度计实时监测当地的地震动数据。当有地震发生时,通过识别算法实时分析当前采集到的数据,当有P波触发时预估当前点的S波达到的烈度信息,当烈度大小超过预设阈值时产生P波报警,并利用继电器进行控制输出,有效的降低有破坏性的S波到达时产生的破坏。

本系统具备P波报警功能,但不用做列控依据。当有P波触发时,自动记录当时的地震事件,主要用于当地地质条件下的地震数据积累,为后一步的P波预警功能升级提供数据支撑。

P波预警的报警条件可以设置(为了记录到更小的地震数据,P波报警阈值可以设低,现阶段为2gal)。

四、第二代REMOS系统的优势

经过不断的改进和完善,第二代REMOS高速铁路地震预警与监控系统进行了革命性的改进,相比第一代系统有了质的提升,其应用和功能对比如下表所示:

 

第一代高铁地震监控系统

第二代高铁地震监控系统

应用

京津、京沪、向莆线

大西、甘青、青荣、闽赣、集包线

组成

BASALT+FCU+ES-T

REMOS+ES-T

特点

S波阈值报警;双传感器地震识别

P波识别(沿线数据积累);单传感器地震识别+双传感器地震识别

描述

数据按秒打包处理;

双传感器地震识别;

单点远程升级维护;

CS架构;

现场复位处理;

基于BASALT二次开发;

Linux+windows控制系统;

结构及协议较为复杂;

数据50ms处理一次;

单传感器地震P波识别;

批量远程升级维护(任意站点及终端);

BS+CS+FTP架构;

远程复位处理能力;

底层开发;

Vxworks嵌入式实时控制系统;

结构及协议简洁;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1、数据处理时间

第一代系统(京津、京沪)由于basalt记录器(仅用到记录器的采集及传输功能)自身的限制(数据按1秒打包且不提供底层开发),其S波报警的时间>1s(从传感器检测到峰值过阈值至FCU产生继电器动作时间)。REMOS系统按50ms的时间间隔进行数据处理,时效性大大提高。

2、灵活的系统架构

系统vxworks实时操作系统,能够很好的响应高速铁路地震预警的实时性要求。采用BS+CS+FTP架构,能够很好的满足用户和二次开发的需求。

3、报警继电器

报警继电器采用常开接点(驱动有效),脉冲方式驱动。电磁干扰及短时抖动均不能触发继电器动作。且与故障继电器关联,产生故障时报警继电器输出无效。

4、远程硬复位及看门狗

为了方便设备维护,系统提供远程硬复位功能,可以实现终端对节点的远程断电硬复位。

自带看门狗功能,可以实现多种情况下的系统自动软复位。

5、批量维护及升级

由于高铁沿线设备较多且分散,系统提供了极为方便的远程批量维护及升级功能。

可以进行如下功能:

①远程批量自动标定功能;

②远程批量状态查看及参数设置;

③远程批量程序升级

 

五、系统功能指标

序号

功能

描述

指标

备注

1

采集精度

通道采样精度

24

通道隔离

2

采集通道数

支持两个加速度计

8通道

同步采样

3

测量范围

传感器输出电压匹配

±10V

 

4

采样频率

 

10-1000Hz

可设置

5

P波报警延时

P波初至到发出报警的时间间隔

小于3

继电器输出

6

S波报警延时

S波达到阈值到发出报警的时间间隔

小于1

继电器输出

7

时间系统

GPS对时

小于2毫

支持NTP

8

存储容量

 512M固态+USB扩展

4G

可扩展

9

工作温度

室内工作温度

-20-55

 

10

防水等级

 

IP65

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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