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本作品通過深入調(diào)研分析現(xiàn)有高速鐵路運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出研制開發(fā)基于可視化、集成化與智能化的高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。以期實(shí)現(xiàn)高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)全過程的信息模擬仿真獲取、融合、預(yù)警以及決策支持分析，實(shí)現(xiàn)基于歷史運(yùn)營(yíng)信息的高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全演變機(jī)理分析與綜合評(píng)價(jià)模型驗(yàn)證，為高速列車群運(yùn)營(yíng)安全提供有力的保障。

一、引言
1.1 項(xiàng)目的背景
高速鐵路以其高速度、低污染、快捷、舒適、安全和準(zhǔn)時(shí)等優(yōu)勢(shì)，已迅速成為解決城市間2000km范圍內(nèi)交通問題的首要選擇。目前，中國(guó)已經(jīng)成為世界上高速鐵路發(fā)展最快、系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)行速度最高、在建規(guī)模最大的國(guó)家。按照國(guó)家《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》和目前的建設(shè)進(jìn)度，到2012年，中國(guó)高速鐵路總里程將超過1.3萬公里；到2020年，將達(dá)到1.6萬公里以上。屆時(shí)，北京到達(dá)全國(guó)各個(gè)省會(huì)城市的時(shí)間將在8小時(shí)以內(nèi)。
安全是鐵路運(yùn)輸適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的先決條件，是鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品最重要的質(zhì)量特性，是鐵路各項(xiàng)工作質(zhì)量的綜合反映，是加快鐵路改革與發(fā)展的重要保證。與傳統(tǒng)鐵路相比，高速鐵路的安全性要求更為嚴(yán)格，其安全水平高低對(duì)高速鐵路可持續(xù)發(fā)展及穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)具有決定性的意義。1998 年6月3日，從德國(guó)慕尼黑至漢堡間一列ICE高速列車以大約200km/h高速行駛的途中，因車輪斷裂脫軌撞橋，造成車毀橋塌，101人死亡，88人重傷，經(jīng)濟(jì)損失上億馬克；2000年10月17日，一列高速列車以185km/h 的速度從倫敦Kings'Cross 到Leeds 的途中，在通過1460m曲線時(shí)發(fā)生脫軌事故，整個(gè)11節(jié)車廂的列車后面8節(jié)車廂脫軌，車廂遭到嚴(yán)重破壞，其中70人受傷，4人死亡，4人傷勢(shì)嚴(yán)重；2005 年12月25日，日本JR羽越新干線列車“稻穗14 號(hào)”以100km/h 速度行駛過程中遭遇風(fēng)速遠(yuǎn)高于警戒限速標(biāo)準(zhǔn)的橫風(fēng)作用，列車脫軌翻車，導(dǎo)致5人死亡，32人受傷；2009年12月29日，武廣鐵路因ATP系統(tǒng)敏感導(dǎo)致列車晚點(diǎn)一小時(shí)；2010年2月7日，從鄭州開往西安的G2003、G2007和從西安開往鄭州的G2006次動(dòng)車組因?yàn)樘鞖庠蛞鹪O(shè)備故障造成列車晚點(diǎn)。從以上幾個(gè)例子中可以明顯看出，高速列車運(yùn)營(yíng)安全問題正隨著高鐵的廣泛推廣而日益凸現(xiàn)，相應(yīng)的安全防護(hù)措施亟待提出！
高速鐵路系統(tǒng)是一個(gè)人-機(jī)-環(huán)-管互相交融的動(dòng)態(tài)復(fù)雜巨系統(tǒng)，其運(yùn)營(yíng)安全具有以下特點(diǎn)：
（1）安全要素之間集成度高、相互作用更加緊密
（2）安全要素的敏感程度高、微小擾動(dòng)引起突變
（3）運(yùn)營(yíng)安全相關(guān)要素之間耦合度高
（4）事故后果嚴(yán)重性大
（5）我國(guó)高速鐵路監(jiān)控技術(shù)問題日益窘迫
因此，如何建立有效的運(yùn)營(yíng)過程安全分析、評(píng)估和預(yù)警理論與方法，已成為我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全由被動(dòng)響應(yīng)向主動(dòng)預(yù)防模式轉(zhuǎn)變的瓶頸。
1.2 平臺(tái)研究目標(biāo)
本作品通過深入調(diào)研分析現(xiàn)有高速鐵路運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)以及需求分析基礎(chǔ)上，提出研制開發(fā)基于可視化、集成化與智能化的高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。以期實(shí)現(xiàn)高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)全過程的信息模擬仿真獲取、融合、預(yù)警以及決策支持分析，實(shí)現(xiàn)基于歷史運(yùn)營(yíng)信息的高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全再現(xiàn)與演變機(jī)理分析，為高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全科學(xué)研究提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為研制開發(fā)高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警實(shí)際應(yīng)用平臺(tái)提供借鑒作用。設(shè)計(jì)的目標(biāo)主要包括：
（1）研制開發(fā)了支持多類型傳感器實(shí)時(shí)信息綜合獲取、處理與自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
（2）建立了高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警結(jié)構(gòu)、邏輯和體系框架。
（3）構(gòu)建了基于高速列車群運(yùn)營(yíng)安全影響要素的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和基于信息驅(qū)動(dòng)的運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估模型，通過自定義實(shí)驗(yàn)及安全演變過程再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)模型最優(yōu)化。
（4）從宏觀與微觀兩方面實(shí)現(xiàn)對(duì)高速列車群運(yùn)營(yíng)全過程的可視化綜合監(jiān)控，主要包括：GIS展現(xiàn)、視頻展現(xiàn)、圖表展現(xiàn)、多圖聯(lián)動(dòng)展現(xiàn)及組態(tài)微觀展現(xiàn)等。
（5）建立歷史查詢系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行多方統(tǒng)計(jì)，為應(yīng)急決策提供數(shù)據(jù)支持。
因此，高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究目標(biāo)可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：
1、看得見
實(shí)現(xiàn)對(duì)高速列車群運(yùn)營(yíng)全過程進(jìn)行可視化監(jiān)控。平臺(tái)所監(jiān)控的信息主要包括四個(gè)方面：地面基礎(chǔ)設(shè)施信息、車載設(shè)備信息、列車運(yùn)行環(huán)境信息及人員定位信息。不僅能夠通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)高速列車群運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行宏觀展示，還可以通過微觀展示系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)微觀展示，使得用戶能夠更加全面、清楚地了解列車實(shí)時(shí)運(yùn)行的安全狀況。同時(shí)，平臺(tái)在展示方式上具有多樣性，主要包括：GIS展現(xiàn)、視頻展現(xiàn)、圖表展現(xiàn)、多圖聯(lián)動(dòng)展現(xiàn)等等。
2、上得來
融合現(xiàn)有高速鐵路業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的信息，實(shí)現(xiàn)信息共享與綜合應(yīng)用。高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警平臺(tái)能夠?yàn)楝F(xiàn)有高速鐵路業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)提供外部接口，使得外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)“上得來”，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面基礎(chǔ)設(shè)施安全影響要素的信息、車載關(guān)鍵設(shè)備的信息、環(huán)境信息及人員定位信息的深度集成，達(dá)到信息共享和綜合應(yīng)用；
3、搞得清
通過構(gòu)建基于高速列車群運(yùn)營(yíng)安全影響要素的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，掌握不同狀態(tài)下個(gè)體要素間相互作用對(duì)高速鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)安全態(tài)勢(shì)影響以及個(gè)體安全要素間相互作用的機(jī)理，通過構(gòu)建基于信息驅(qū)動(dòng)的運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)基于歷史運(yùn)營(yíng)信息的高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全再現(xiàn)與演變機(jī)理分析，為高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全科學(xué)研究提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
4、管得住
高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警平臺(tái)是一個(gè)集業(yè)務(wù)信息獲取子系統(tǒng)、綜合監(jiān)控子系統(tǒng)、微觀展示子系統(tǒng)及歷史查詢與統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)于一體的綜合性平臺(tái)，該平臺(tái)浮于高速鐵路現(xiàn)有業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)之上，實(shí)時(shí)處理的信息量十分龐大，因此，要求平臺(tái)能夠充分協(xié)調(diào)好各個(gè)系統(tǒng)間的關(guān)系，在保證“看得見”、“上得來”、“搞得清”的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速列車群運(yùn)營(yíng)安全的控制——“管得住”。
基于平臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過對(duì)高速列車群安全狀態(tài)信息的全方位的獲取、融合及綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)營(yíng)全過程的綜合監(jiān)控、決策支持分析、信息的傳遞及共享和安全預(yù)警，最大程度地避免事故發(fā)生和減少事故損失，最終形成體系化的高速列車群安全預(yù)警理論和決策支持技術(shù)體系。
1.3 研究思路
本作品以高速列車群運(yùn)營(yíng)安全需求為背景，以現(xiàn)有高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全業(yè)務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)條件。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外列車安全保障體制現(xiàn)狀研究以及針對(duì)高速鐵路安全影響因素及演變機(jī)理的理論分析，結(jié)合對(duì)京津城際路段安全運(yùn)維部門的實(shí)地調(diào)研，采用計(jì)算智能理論、復(fù)雜系統(tǒng)建模理論、信息處理理論，建立了一套高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警結(jié)構(gòu)、邏輯和體系框架。
在理論研究的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了基于可視化、集成化與智能化的高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成了高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告。采用振弦傳感器及其激勵(lì)技術(shù)，多通道采集技術(shù)，小信號(hào)放大濾波技術(shù)、電磁屏蔽技術(shù)、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等技術(shù)，研制了多種類型傳感器實(shí)時(shí)信息綜合獲取、處理、與自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)采集設(shè)備。采用基于多種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)融合技術(shù)、基于元數(shù)據(jù)的多元信息共享與集成技術(shù)、基于可視化的時(shí)空信息自動(dòng)匹配技術(shù)、ArcGis技術(shù)、Flex技術(shù)、XML技術(shù)等技術(shù)完成高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的系統(tǒng)開發(fā)。
1.4 平臺(tái)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)關(guān)系
高速列車群安全狀態(tài)綜合監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)是保障高速列車安全運(yùn)營(yíng)的一個(gè)綜合集成系統(tǒng)，它全面集成了地面基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境、列車運(yùn)行狀態(tài)和人員定位等方面的監(jiān)測(cè)信息以及現(xiàn)有高速鐵路安全保障信息系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)信息，是高速鐵路行車安全保障系統(tǒng)的中樞和“大腦”，它為高速鐵路的運(yùn)輸指揮和安全管理、人員集中提供了全面、及時(shí)、準(zhǔn)確和完整的決策支持信息，實(shí)現(xiàn)了高速鐵路行車安全全過程的全面監(jiān)測(cè)、預(yù)警及安全管理。
1.5 設(shè)計(jì)的科學(xué)性與創(chuàng)新性
高速鐵路具有高速度、高密度等特點(diǎn)，已成為城際間2000公里范圍內(nèi)的首選交通方式。雖說國(guó)外已建立一系列完善的安全保障系統(tǒng)，但由于國(guó)情的特殊性和技術(shù)的保密性，國(guó)外的安全保障系統(tǒng)不完全適用于我國(guó)高速鐵路國(guó)情。從我國(guó)目前安全保障體制來看，如何有效從全局、全方位保障高速鐵路的正常安全運(yùn)營(yíng)，已成為高速鐵路發(fā)展過程中迫切需要解決的難題。
為此，本作品構(gòu)建了高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警體系框架，提出了基于多種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)融合技術(shù),在不改變?cè)邢到y(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了多元信息共享與集成，建立了基于可視化的時(shí)空信息自動(dòng)匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)空信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)綜合展現(xiàn)與信息的深度分析和應(yīng)用。在理論研究方面，實(shí)現(xiàn)了基于歷史運(yùn)營(yíng)信息的高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全再現(xiàn)與演變機(jī)理分析，構(gòu)建了基于高速列車群運(yùn)營(yíng)安全影響要素的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和基于信息驅(qū)動(dòng)的運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估模型，通過自定義實(shí)驗(yàn)及安全演變過程再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)模型最優(yōu)化，為科學(xué)研究高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全演變機(jī)理和安全評(píng)估提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
本項(xiàng)目的創(chuàng)新性在于以下幾點(diǎn)：
1、首次建立了高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警體系框架。
2、構(gòu)建了基于高速列車群運(yùn)營(yíng)安全影響要素的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和基于信息驅(qū)動(dòng)的運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估模型，通過自定義實(shí)驗(yàn)及安全演變過程再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)模型最優(yōu)化。
3、研制開發(fā)了高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控與預(yù)警實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
4、首次研制開發(fā)了支持多類型傳感器實(shí)時(shí)信息綜合獲取、處理與自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

二、總體設(shè)計(jì)
2.1 平臺(tái)系統(tǒng)的劃分
高速列車群安全狀態(tài)綜合監(jiān)控預(yù)警實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由業(yè)務(wù)信息獲取子系統(tǒng)、綜合監(jiān)控子系統(tǒng)、微觀展示子系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)等4個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。各系統(tǒng)功能如下：
（1）業(yè)務(wù)信息獲取子系統(tǒng)
由于現(xiàn)有高速鐵路業(yè)務(wù)系統(tǒng)缺少對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的全方面監(jiān)測(cè)信息，所以平臺(tái)采用振弦傳感器及其激勵(lì)技術(shù)，多通道采集技術(shù)，小信號(hào)放大濾波技術(shù)、電磁屏蔽技術(shù)、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等技術(shù)，研制了多種類型傳感器實(shí)時(shí)信息綜合獲取、處理、與自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)采集設(shè)備。通過無線設(shè)備傳輸給數(shù)據(jù)接收上位機(jī)，通過數(shù)據(jù)校驗(yàn)和解析，將接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為傳感器監(jiān)測(cè)信息，并生成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的點(diǎn)表和關(guān)系表，為其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。
同時(shí)，業(yè)務(wù)信息獲取子系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)了數(shù)據(jù)模擬發(fā)生器，對(duì)于那些平臺(tái)無法接入的數(shù)據(jù)，該子系統(tǒng)能夠按照相關(guān)指標(biāo)的分布規(guī)律對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立提供數(shù)據(jù)支持。
（2）綜合監(jiān)控子系統(tǒng)
通過與其他外部系統(tǒng)建立統(tǒng)一的接口協(xié)議，該系統(tǒng)能夠全面集成現(xiàn)有高速鐵路安全保障信息系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)基于可視化的高速列車群運(yùn)營(yíng)安全綜合監(jiān)控平臺(tái)的信息共享和綜合應(yīng)用；
該子系統(tǒng)能夠?qū)Ω咚倭熊嚾哼\(yùn)營(yíng)全過程進(jìn)行宏觀上展現(xiàn)，利用GIS、圖表、多圖聯(lián)動(dòng)等多種形式對(duì)人員定位、環(huán)境、固定設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備狀態(tài)信息等進(jìn)行綜合監(jiān)控。
此外，該子系統(tǒng)具備實(shí)驗(yàn)設(shè)置功能，通過構(gòu)建動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和基于信息驅(qū)動(dòng)的運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估模型，對(duì)列車的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景進(jìn)行歷史回放，實(shí)現(xiàn)基于歷史運(yùn)營(yíng)信息的高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全演變機(jī)理分析與綜合評(píng)價(jià)模型驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)模型的最優(yōu)化，以此來提供安全、可靠的預(yù)報(bào)警功能。本系統(tǒng)的核心特色在于提供安全因素指標(biāo)體系自構(gòu)建以及外綜合評(píng)價(jià)模型導(dǎo)入功能，通過新建實(shí)驗(yàn)或回放歷史實(shí)驗(yàn)，不斷修正模型參數(shù)，調(diào)整指標(biāo)閾值，提高模型評(píng)價(jià)與真實(shí)情況的契合度。保證用戶根據(jù)需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合監(jiān)控，以及信息的高效利用。
（3）微觀展示子系統(tǒng)
微觀展示子系統(tǒng)主要針對(duì)地面基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和列車運(yùn)行狀態(tài)等方面的信息，通過表格、動(dòng)態(tài)圖、文字及趨勢(shì)曲線等多種形式對(duì)高速鐵路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行微觀展現(xiàn)。該子系統(tǒng)對(duì)列車運(yùn)營(yíng)安全信息的展示更為微觀和具體，某一地點(diǎn)或車次的安全要素信息更為詳細(xì)。當(dāng)指標(biāo)數(shù)據(jù)超出閾值范圍時(shí)，能夠進(jìn)行單值報(bào)警，并具備報(bào)警記錄查詢的功能。
（4）歷史數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)
該子系統(tǒng)主要包括信息的查詢、歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)維護(hù)和系統(tǒng)管理四項(xiàng)功能，用戶可以對(duì)任一時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，包括傳感器信息、人員信息、傳感器采集值及預(yù)警報(bào)警信息等。同時(shí)，該系統(tǒng)能夠?qū)Ω黜?xiàng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行多方統(tǒng)計(jì)，獲得的數(shù)據(jù)可以生成報(bào)表并打印輸出，為應(yīng)急決策提供數(shù)據(jù)支持。
2.2 平臺(tái)物理結(jié)構(gòu)
該平臺(tái)為現(xiàn)有高速鐵路業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)中多種數(shù)據(jù)的接入定義了相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口以及接口規(guī)范，為傳感器采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了詳細(xì)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，彌補(bǔ)了現(xiàn)有系統(tǒng)間信息共享率低、獲取信息單一、監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)性差的缺陷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速鐵路地面基礎(chǔ)設(shè)施安全影響要素信息、車載關(guān)鍵設(shè)備信息、環(huán)境信息及人員定位信息的深度集成，保證了對(duì)高速列車群運(yùn)營(yíng)安全狀況分析的全面性。
該平臺(tái)研制開發(fā)的支持多類型傳感器實(shí)時(shí)信息綜合獲取、處理與自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)采集設(shè)備能夠同時(shí)對(duì)橋梁、隧道、軌道、地基等基礎(chǔ)設(shè)施信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過不同的獲取方式，包括Ethernet、無線數(shù)傳電臺(tái)、CAN總線、485接口、RS232接口等，將數(shù)據(jù)分類傳輸給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、解析等綜合處理后，將轉(zhuǎn)換為傳感器監(jiān)測(cè)信息，并生成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的點(diǎn)表和關(guān)系表，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。與此同時(shí)，對(duì)于那些目前還無法接收或是難于監(jiān)測(cè)到的信息數(shù)據(jù)，可以由仿真數(shù)據(jù)發(fā)生器對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。
綜合監(jiān)控子系統(tǒng)和微觀展示子系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中取用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高速列車群運(yùn)行全過程的宏觀與微觀展現(xiàn)，包括GIS展現(xiàn)、圖表展現(xiàn)、多圖聯(lián)動(dòng)展現(xiàn)、視頻展現(xiàn)及實(shí)時(shí)報(bào)警提示。同時(shí)，用戶通過構(gòu)建動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和安全評(píng)估模型，能夠?qū)δＰ偷闹笜?biāo)參數(shù)進(jìn)行多次修正，從而提高了模型評(píng)價(jià)與真實(shí)情況的契合度，進(jìn)而保證了列車運(yùn)營(yíng)安全過程中的實(shí)時(shí)分析、評(píng)價(jià)、預(yù)警與報(bào)警。
此外，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的抽取、整理和分析，用戶可以獲得監(jiān)控對(duì)象的所有詳細(xì)記錄信息，為高速列車群的高速安全運(yùn)行提供強(qiáng)有力的決策支持。
2.3 平臺(tái)邏輯結(jié)構(gòu)
該平臺(tái)以各類傳感器和現(xiàn)有其他業(yè)務(wù)子系統(tǒng)為物理基礎(chǔ)，通過建立數(shù)據(jù)接口與制定相關(guān)的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行安全指標(biāo)要素值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集與全面集成。以屬性數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、配置數(shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和視頻數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，主要應(yīng)用于監(jiān)控信息動(dòng)態(tài)獲取、信息查詢統(tǒng)計(jì)分析、綜合監(jiān)控宏觀展現(xiàn)、監(jiān)控信息微觀展現(xiàn)、安全預(yù)警與報(bào)警等方面。展現(xiàn)的形式主要包括：二維展現(xiàn)、視頻展現(xiàn)及綜合查詢統(tǒng)計(jì)展現(xiàn)等。
2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)是高速列車群安全運(yùn)行綜合監(jiān)控與預(yù)警平臺(tái)的重要組成部分，因此一個(gè)組織良好的數(shù)據(jù)資源結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)資源關(guān)系對(duì)于系統(tǒng)有著十分重要的意義。本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資源主要包括有地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)配置資源、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。
（1）屬性數(shù)據(jù)庫(kù)
屬性數(shù)據(jù)庫(kù)提供各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的屬性信息。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)在高速列車群安全狀態(tài)綜合監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)不以實(shí)體的方式存在，而是以引用的方式存在。高速列車群安全狀態(tài)綜合監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)引用其他各種業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合與共享。屬性數(shù)據(jù)大量以數(shù)據(jù)庫(kù)方式存儲(chǔ)和共享。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的物理存在方式依賴于各個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理存放方式。對(duì)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問控制采用的是對(duì)不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)采用不同的用戶名/密碼的訪問控制方式。
（2）地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)
空間數(shù)據(jù)庫(kù)存放各種二維地理信息數(shù)據(jù)，包括了電力、安全監(jiān)控、客運(yùn)貨運(yùn)、事故發(fā)生點(diǎn)、障礙物和危險(xiǎn)源等業(yè)務(wù)圖層。空間數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)的方式存儲(chǔ)，采用Oracle，并采用SDE的空間數(shù)據(jù)引擎。為了對(duì)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行權(quán)限控制，采用了對(duì)于不同類型的用戶采用不同的用戶名/密碼的訪問控制方式。
（3）配置數(shù)據(jù)庫(kù)
配置數(shù)據(jù)庫(kù)存放各種用戶、權(quán)限、風(fēng)格、資源相關(guān)的配置信息數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過配置數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)整個(gè)綜合運(yùn)營(yíng)安全監(jiān)控中心系統(tǒng)的系統(tǒng)訪問、系統(tǒng)行為、系統(tǒng)資源等內(nèi)容進(jìn)行訪問控制和系統(tǒng)行為控制。配置數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle，采用唯一的管理用戶密碼和唯一的只讀用戶密碼來控制訪問。
（4）動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)
綜合監(jiān)控需要的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)資源，包括有列車實(shí)時(shí)位置信息、行車安全監(jiān)控信息、基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)控信息、環(huán)境監(jiān)測(cè)信息、人員定位監(jiān)測(cè)信息、客/貨運(yùn)統(tǒng)計(jì)信息等內(nèi)容。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)資源存放在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中，使用用戶名/密碼方式訪問控制。
2.5 接口設(shè)計(jì)
高速列車群運(yùn)行安全狀態(tài)綜合監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)需要從不同的子平臺(tái)獲取安全監(jiān)控預(yù)警需要的相關(guān)信息，這些信息來源于不同的系統(tǒng)、存在于不同種類的數(shù)據(jù)庫(kù)。具體信息包括：
（1）5T系統(tǒng)：
軸承溫度、滾動(dòng)軸承噪音、客車軸溫、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架安全指標(biāo)火災(zāi)報(bào)警、客車供電、電器及空凋系統(tǒng)運(yùn)行安全狀況、輪對(duì)尺寸。
（2）防災(zāi)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：
風(fēng)速信息、雨量信息、降雪量信息、震級(jí)信息、異物侵限信息、泥石流信息、牽引供電信息、路基安全信息、通信信號(hào)信息。
（3）基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：
橋梁信息：錨索壓力、溫度、繞度、橋墩應(yīng)力；
隧道信息：應(yīng)變；
軌道信息：扭轉(zhuǎn)、沉降、溫度、分層溫度、土壤溫度、傾斜度。
（4）列車運(yùn)行組織系統(tǒng)：
車輛編組信息：車輛編號(hào)、出發(fā)地、到達(dá)地、出發(fā)地點(diǎn)、達(dá)到地點(diǎn)、編組內(nèi)容、列車種類、定期車次、附注等信息。
（5）人員定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：
區(qū)域人員姓名、工號(hào)、所在部門、射頻碼、進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)間、離開區(qū)域時(shí)間、目前位置、檔案、備注、人員軌跡圖、區(qū)域人員數(shù)量、考勤統(tǒng)計(jì)表。
（6）視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)：
動(dòng)力監(jiān)控：常規(guī)動(dòng)力設(shè)備；
環(huán)境監(jiān)控：對(duì)機(jī)房空調(diào)、溫濕度、漏水、新風(fēng)機(jī)等實(shí)時(shí)監(jiān)控；
安全監(jiān)控：對(duì)門禁、視頻、防盜、消防等系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
高速列車群安全狀況綜合監(jiān)控與預(yù)警實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)是信息化的一個(gè)新領(lǐng)域，與列車運(yùn)行安全密切相關(guān)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、涉及面廣、專業(yè)性強(qiáng)、優(yōu)化周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此建立符合我國(guó)列車運(yùn)行要求，具有世界先進(jìn)水平的綜合監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)保障高速列車運(yùn)行安全具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

三、設(shè)計(jì)特點(diǎn)及前景分析
3.1 使用說明
將傳感器布設(shè)于不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，打開無線檢測(cè)設(shè)備，業(yè)務(wù)信息獲取子系統(tǒng)將接收到不同傳感器傳輸來的實(shí)時(shí)頻率數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)解析將頻率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可用數(shù)據(jù)，并將其導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)，綜合監(jiān)控子系統(tǒng)可以進(jìn)行以GIS為基礎(chǔ)的空間-屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)展示，將線路中的指標(biāo)值以圖表展示和多圖聯(lián)動(dòng)等多種形式表現(xiàn)出來。此外，微觀展示子系統(tǒng)可以讀入數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，將線路的具體信息進(jìn)行微觀展現(xiàn)。歷史信息查詢統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢，并對(duì)各項(xiàng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行多方統(tǒng)計(jì)分析。
3.2 技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，彌補(bǔ)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)備需要操作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作的不足，可以遠(yuǎn)距離對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。采用多通道采集技術(shù)，同時(shí)監(jiān)控多路傳感器信號(hào)，成功解決現(xiàn)有讀數(shù)設(shè)備每次只能讀取一路傳感器數(shù)據(jù)的局限。
同時(shí)，提出了基于多種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，在不改變?cè)邢到y(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了多元信息的導(dǎo)入、融合，建立了多元信息共享與集成技術(shù)與時(shí)空信息自動(dòng)匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)空信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)綜合展現(xiàn)與信息的深度分析和應(yīng)用。在理論研究方面，實(shí)現(xiàn)了基于歷史運(yùn)營(yíng)信息的高速鐵路列車群運(yùn)營(yíng)安全再現(xiàn)與演變機(jī)理分析，構(gòu)建了基于高速列車群運(yùn)營(yíng)安全影響要素的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和基于信息驅(qū)動(dòng)的運(yùn)營(yíng)安全評(píng)估模型，通過自定義實(shí)驗(yàn)及安全演變過程再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)模型最優(yōu)化，為科學(xué)研究高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全演變機(jī)理和安全評(píng)估提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
3.3 適用范圍
本作品研制開發(fā)了高速鐵路運(yùn)營(yíng)原型系統(tǒng)平臺(tái)，在進(jìn)一步改進(jìn)與深度開發(fā)和完整性測(cè)試之后，可作為現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用平臺(tái)；對(duì)于科研工作者，本平臺(tái)可作為高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全機(jī)理分析與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有很好的推廣前景。
3.4 推廣前景
（1）滿足高速列車群安全監(jiān)測(cè)體系需求日益提高的要求。
（2）與其他的系統(tǒng)共通，解決“信息孤島”問題。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過外部接口可以實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行組織系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)、視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的共通，達(dá)到信息共享的目的。提高各大系統(tǒng)的工作效率，為系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)提供有利數(shù)據(jù)與信息的支持。
（3）具有技術(shù)領(lǐng)先性和完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，且符合可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)要求。本平臺(tái)中的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)具有技術(shù)領(lǐng)先性和完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，制造與使用成本低，使用壽命長(zhǎng)，不僅可以作為運(yùn)營(yíng)監(jiān)控平臺(tái)，服務(wù)于各大鐵路部門，還可以作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，服務(wù)于各大研究院校，具有良好的推廣前景。
3.5 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益
本平臺(tái)符合列車監(jiān)測(cè)系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的安全信息需求。同時(shí)，具有技術(shù)領(lǐng)先性和完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具有較大的市場(chǎng)需求和技術(shù)需求，能夠達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。
本平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)是信息化的一個(gè)新領(lǐng)域，與列車運(yùn)行安全密切相關(guān)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、涉及面廣、專業(yè)性強(qiáng)、優(yōu)化周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品 省賽特等獎(jiǎng)
作品在2011年度北京交通大學(xué) “挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中榮獲科技發(fā)明制作類“一等獎(jiǎng)”。
軟件著作權(quán)：
1、高速列車群安全狀況監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)V1.0 軟件著作權(quán)編號(hào)：2010SRBJ6120
2、高速列車群安全狀況監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)V1.0 軟件著作權(quán)編號(hào)：2010SRBJ6258
3、高速列車群安全狀況監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)安全要素維護(hù)系統(tǒng)V1.0 軟件著作權(quán)編號(hào)：2010SRBJ6259