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摘要：铁路防灾安全监控系统通过构建覆盖铁路沿线的灾害信息采集点，自动汇总和判断各类灾害预警信息，对提高运营效率、保证行车安全具有重大意义。目前铁路防灾安全监控与减灾指挥调度系统领域发展趋势呈现信息化、自动化、集成化、智能化特点，以物联网、云计算技术为代表的新技术在各行业中的应用日益广泛。本文重点介绍了物联网及相关技术在铁路防灾安全监控系统中的应用，以及伴随新技术的应用带来的系统架构、业务融合以及用户体验方面的提升和变化。
关键字：物联网 铁路 防灾监控
铁路防灾发展回顾
纵观国内外高速铁路发展的历史，防灾安全监控工作贯穿了高速铁路建设、运营的全过程，在高速铁路安全监控方面发挥了巨大作用。以高速铁路比较发达的法国、德国和日本为例，都设有防灾安全监控系统，对设备状态、自然环境进行监测、报警系统。
我国的铁路防灾系统是随着高铁的建设逐步发展起来的，大致经历了以下三个阶段。
第一阶段：调研摸索阶段。高速铁路发展初期，相关领导、专家与设计院提出防灾系统的概念，经过国外的实地考察与国内的需求调研，提出了铁路防灾系统的框架与涉及内容，并逐步展开研究。
第二阶段：试验线建设与上线应用阶段。经过京津试验线与石太试验线的摸索，防灾系统开始逐步向高速客专线路推广，经过郑西、武广、广珠、合武等高铁实施，佳讯飞鸿、世纪瑞尔、今创等公司的产品系统正式走向工程应用。
第三阶段：完善修正和发展阶段。防灾系统的标准化和规范化已经提上日程，近期防灾系统总体方案及设计暂规等相继出炉。系统正逐步走向成熟。
铁路防灾未来发展
从应用角度考虑，随着铁路速度越来越快，对安全性要求进一步提高，新的灾害监测需求已经提上日程，比如泥石流、滑坡、地震等等，防灾系统范畴会逐步扩大，系统重要性逐渐提升。
从市场容量角度考虑，按照国务院《“十二五”综合交通运输体系规划》，预计2012年底客专开通里程超过1万km，2015年底前建成快速铁路4万km（含客专和200客货混），后续市场容量非常大，发展机遇非常宝贵。
从技术发展趋势考虑，随着物联网、云计算等技术的蓬勃发展，信息集成度将越来越高，防灾系统与其他信息系统的融合会越来越多。在感知层和传输层，无线传感网络、光网络、3G等新技术使得信息采集、监测和处理的自动化、远程化、实时性、安全性和可靠性程度大大提高。未来可以预期应用的新技术有：
物联网技术：无线传感器网络及无线自组网技术，安全性高，便于维护和扩展；
光纤传感技术：使用光纤传感，成本低廉、无需供电，可靠性高；
数据挖掘技术：基于大规模的测量数据，建立与次生灾害相关联的数据模型，分析发生趋势；
显示技术：利用虚拟现实、数据可视化工具3D直观显示模拟灾害发生，为防灾救灾的决策提供科学依据；
新灾害监测技术：基于气象数值分析的大风预警、结合高分辨率对地观测等空间技术的地质灾害预报警系统、GIS等。
铁路防灾安全监控系统
作为物联网技术的积极倡导者与实践者，佳讯飞鸿是目前国内为数不多的、具备完整防灾系统工程实施和开通业绩的承建单位之一。自主研发的防灾设备先后中标并成功实施完成合武铁路湖北段、广珠域际和向莆铁路，并可靠运营多年。从这几条线路多年的运营情况来看，设备质量可靠，运行稳定的系统，为客专运营安全起到了保障作用。
铁路防灾安全监控系统用于监测铁路沿线风、雨、雪、地震等自然灾害以及公跨铁路桥、隧道口、公铁并行异物侵限等意外事故的防护及安全监控预警、报警系统。对危及高速铁路运行安全的风、雨、雪、地震等自然灾害和突发事故异物侵限灾害等进行监测报警和输出控制，提供经处理后的灾害预警、限速、停运等信息。调度部门根据相关灾害信息进行列车安全运行指挥，工务部门根据相关灾害信息开展基础设施的巡检、抢险及维修养护工作，防止自然灾害造成行车事故，保证行车安全。
产品架构
为解决当前防灾系统面临的主要问题和挑战，防灾系统必须逐步通过技术创新、产品升级和现场验证进行改造升级，演进后防灾系统框架如图1所示。该系统已经在合武铁路湖北段、广珠城际和向莆铁路成功应用。
系统主要特色
·控车高安全可靠性：与控车相关的接口采用2X2取2架构设计，接口采用动态电路驱动重力继电器，具有故障一卡断功能，符合故障一安全原则；系统整体采用冗余架构设计，符合铁路防雷、电磁兼容相关标准，可适应-40℃～70℃恶劣环境；
·消除信息误报、漏报：系统支持风、雨、双套布置和数据2取2比较，异物侵限采用双电网监测，根据趋势分析滤除意外干扰，保证信息准确可靠，消除误报漏报；
·专家系统：根据历史记录数据，可以通过专家系统评估分析出灾害的季节分布、地域分布、发生规律，积累应对措施，总结解决办法，为铁路工程设计，规范制定和运营管理提供辅助决策依据。
铁路防灾演进方向
多元化方向
监测对象：铁路防灾系统目前包括风、雨、雪、地震以及公跨铁桥梁异物侵限监测，未来防灾系统的监测对象将会延伸至自然灾害中的泥石流、山体滑坡、崩塌等。
监测方式：当前，防灾系统通过在铁路沿线设置各种灾害传感器监测实时灾害信息。当防灾系统建立成网以后，各条线路的实时监测信息可以进行有效共享，同时结合国家气象局、地震局的有效实时数据进行灾害的判断与解除，微气象结合大趋势、地震监测点成网联动，都是系统监测方式的改变，这种改变，将让报警更加可靠，预警更加准确。
传输方式：随着目前通信手段的发展以及后续防灾系统的扩展，GSM-R、GPRS、北斗、光缆都有可能局部代替目前有线光缆的方式，使防灾系统的通信架构更为灵活多变。
展现方式：随着防灾系统的逐步推广，终端的展现方式也必将改变当前终端架构方式，web终端、手持终端都将逐步应用。
大集成系统
随着铁路防灾系统的不断深入发展，监测对象与手段都在不断扩大与更新，系统也在向更高层次的大集成系统发展；监测对象的集成，展现终端的扩展，车载接口、视频接口的互联，都是防灾系统走向大集成系统的基础。
防灾系统可以规划为CTC调度系统的一个重要分支，正常情况下由CTC调度系统指挥行车，灾害情况下则由防灾系统控制行车，保证行车在灾害发生的情况下安全行驶；同时，将报警信息以多种形式展现给用户，包括驾驶员、调度员、维修人员、值班人员等。
更好的用户体验
随着系统的广泛应用，用户体验将越来越重要。譬如：大数据的可视化呈现；查询统计需要做的更加易用、清晰；历史数据的建模分析等等，这些都与系统的用户体验息息相关，也更加定义清楚了系统的真实需求。
系统结合与联动扩展
防灾系统与视频系统的联动，与CTC调度系统进行灾害信息自动发送，与车载系统通信将灾害系统直接传递到机车，这些都将防灾系统推向了新的应用场景；作为灾害监测系统，也必将提供对外的接口和方法，使外部系统能够获取到相关的灾害信息。
同时，铁路防灾系统属于特定局部区域的灾害监测，如能结合国家气象局大气象的趋势预测，可使灾害报警的准确性大大提高；而且，与地震局接口后，完全具备空间换时间的预警条件，争取地震到达前的争分夺秒，保证铁路行车人员与设备的安全。
总结
未来，基于物联网架构的铁路防灾监控系统将从物联网的“感知”、“通信”，发展到更深层面的“管理”、“应用”，从单个应用发展至不同系统之间的互联互通，其标准化、可扩展性强、产业链完成的特点，在未来发展中具有极大的优势。
关键字：物联网 铁路 防灾监控
铁路防灾发展回顾
纵观国内外高速铁路发展的历史，防灾安全监控工作贯穿了高速铁路建设、运营的全过程，在高速铁路安全监控方面发挥了巨大作用。以高速铁路比较发达的法国、德国和日本为例，都设有防灾安全监控系统，对设备状态、自然环境进行监测、报警系统。
我国的铁路防灾系统是随着高铁的建设逐步发展起来的，大致经历了以下三个阶段。
第一阶段：调研摸索阶段。高速铁路发展初期，相关领导、专家与设计院提出防灾系统的概念，经过国外的实地考察与国内的需求调研，提出了铁路防灾系统的框架与涉及内容，并逐步展开研究。
第二阶段：试验线建设与上线应用阶段。经过京津试验线与石太试验线的摸索，防灾系统开始逐步向高速客专线路推广，经过郑西、武广、广珠、合武等高铁实施，佳讯飞鸿、世纪瑞尔、今创等公司的产品系统正式走向工程应用。
第三阶段：完善修正和发展阶段。防灾系统的标准化和规范化已经提上日程，近期防灾系统总体方案及设计暂规等相继出炉。系统正逐步走向成熟。
铁路防灾未来发展
从应用角度考虑，随着铁路速度越来越快，对安全性要求进一步提高，新的灾害监测需求已经提上日程，比如泥石流、滑坡、地震等等，防灾系统范畴会逐步扩大，系统重要性逐渐提升。
从市场容量角度考虑，按照国务院《“十二五”综合交通运输体系规划》，预计2012年底客专开通里程超过1万km，2015年底前建成快速铁路4万km（含客专和200客货混），后续市场容量非常大，发展机遇非常宝贵。
从技术发展趋势考虑，随着物联网、云计算等技术的蓬勃发展，信息集成度将越来越高，防灾系统与其他信息系统的融合会越来越多。在感知层和传输层，无线传感网络、光网络、3G等新技术使得信息采集、监测和处理的自动化、远程化、实时性、安全性和可靠性程度大大提高。未来可以预期应用的新技术有：
物联网技术：无线传感器网络及无线自组网技术，安全性高，便于维护和扩展；
光纤传感技术：使用光纤传感，成本低廉、无需供电，可靠性高；
数据挖掘技术：基于大规模的测量数据，建立与次生灾害相关联的数据模型，分析发生趋势；
显示技术：利用虚拟现实、数据可视化工具3D直观显示模拟灾害发生，为防灾救灾的决策提供科学依据；
新灾害监测技术：基于气象数值分析的大风预警、结合高分辨率对地观测等空间技术的地质灾害预报警系统、GIS等。
铁路防灾安全监控系统
作为物联网技术的积极倡导者与实践者，佳讯飞鸿是目前国内为数不多的、具备完整防灾系统工程实施和开通业绩的承建单位之一。自主研发的防灾设备先后中标并成功实施完成合武铁路湖北段、广珠域际和向莆铁路，并可靠运营多年。从这几条线路多年的运营情况来看，设备质量可靠，运行稳定的系统，为客专运营安全起到了保障作用。
铁路防灾安全监控系统用于监测铁路沿线风、雨、雪、地震等自然灾害以及公跨铁路桥、隧道口、公铁并行异物侵限等意外事故的防护及安全监控预警、报警系统。对危及高速铁路运行安全的风、雨、雪、地震等自然灾害和突发事故异物侵限灾害等进行监测报警和输出控制，提供经处理后的灾害预警、限速、停运等信息。调度部门根据相关灾害信息进行列车安全运行指挥，工务部门根据相关灾害信息开展基础设施的巡检、抢险及维修养护工作，防止自然灾害造成行车事故，保证行车安全。
产品架构
为解决当前防灾系统面临的主要问题和挑战，防灾系统必须逐步通过技术创新、产品升级和现场验证进行改造升级，演进后防灾系统框架如图1所示。该系统已经在合武铁路湖北段、广珠城际和向莆铁路成功应用。
系统主要特色
·控车高安全可靠性：与控车相关的接口采用2X2取2架构设计，接口采用动态电路驱动重力继电器，具有故障一卡断功能，符合故障一安全原则；系统整体采用冗余架构设计，符合铁路防雷、电磁兼容相关标准，可适应-40℃～70℃恶劣环境；
·消除信息误报、漏报：系统支持风、雨、双套布置和数据2取2比较，异物侵限采用双电网监测，根据趋势分析滤除意外干扰，保证信息准确可靠，消除误报漏报；
·专家系统：根据历史记录数据，可以通过专家系统评估分析出灾害的季节分布、地域分布、发生规律，积累应对措施，总结解决办法，为铁路工程设计，规范制定和运营管理提供辅助决策依据。
铁路防灾演进方向
多元化方向
监测对象：铁路防灾系统目前包括风、雨、雪、地震以及公跨铁桥梁异物侵限监测，未来防灾系统的监测对象将会延伸至自然灾害中的泥石流、山体滑坡、崩塌等。
监测方式：当前，防灾系统通过在铁路沿线设置各种灾害传感器监测实时灾害信息。当防灾系统建立成网以后，各条线路的实时监测信息可以进行有效共享，同时结合国家气象局、地震局的有效实时数据进行灾害的判断与解除，微气象结合大趋势、地震监测点成网联动，都是系统监测方式的改变，这种改变，将让报警更加可靠，预警更加准确。
传输方式：随着目前通信手段的发展以及后续防灾系统的扩展，GSM-R、GPRS、北斗、光缆都有可能局部代替目前有线光缆的方式，使防灾系统的通信架构更为灵活多变。
展现方式：随着防灾系统的逐步推广，终端的展现方式也必将改变当前终端架构方式，web终端、手持终端都将逐步应用。
大集成系统
随着铁路防灾系统的不断深入发展，监测对象与手段都在不断扩大与更新，系统也在向更高层次的大集成系统发展；监测对象的集成，展现终端的扩展，车载接口、视频接口的互联，都是防灾系统走向大集成系统的基础。
防灾系统可以规划为CTC调度系统的一个重要分支，正常情况下由CTC调度系统指挥行车，灾害情况下则由防灾系统控制行车，保证行车在灾害发生的情况下安全行驶；同时，将报警信息以多种形式展现给用户，包括驾驶员、调度员、维修人员、值班人员等。
更好的用户体验
随着系统的广泛应用，用户体验将越来越重要。譬如：大数据的可视化呈现；查询统计需要做的更加易用、清晰；历史数据的建模分析等等，这些都与系统的用户体验息息相关，也更加定义清楚了系统的真实需求。
系统结合与联动扩展
防灾系统与视频系统的联动，与CTC调度系统进行灾害信息自动发送，与车载系统通信将灾害系统直接传递到机车，这些都将防灾系统推向了新的应用场景；作为灾害监测系统，也必将提供对外的接口和方法，使外部系统能够获取到相关的灾害信息。
同时，铁路防灾系统属于特定局部区域的灾害监测，如能结合国家气象局大气象的趋势预测，可使灾害报警的准确性大大提高；而且，与地震局接口后，完全具备空间换时间的预警条件，争取地震到达前的争分夺秒，保证铁路行车人员与设备的安全。
总结
未来，基于物联网架构的铁路防灾监控系统将从物联网的“感知”、“通信”，发展到更深层面的“管理”、“应用”，从单个应用发展至不同系统之间的互联互通，其标准化、可扩展性强、产业链完成的特点，在未来发展中具有极大的优势。