一、概述
高鐵地震監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)高速鐵路地震監(jiān)控和預(yù)警兩大功能。現(xiàn)階段我國高速鐵路主要以地震監(jiān)測報(bào)警功能為主，即當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生且S波峰值超過閾值時(shí)系統(tǒng)發(fā)出停電、控車命令。
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二、系統(tǒng)組成
高鐵地震監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)由地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場控制系統(tǒng)和地震安全監(jiān)控與預(yù)警平臺三大部分組成。系統(tǒng)功能除了具有監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)動態(tài)顯示、波形實(shí)時(shí)顯示、波形處理分析、地震報(bào)警控制等現(xiàn)有的功能以外，還能實(shí)現(xiàn)P波預(yù)警、預(yù)警信息發(fā)布、烈度速報(bào)等功能。

1、地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)
主要是指布設(shè)在高鐵沿線的線性強(qiáng)震動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)以及鐵路周邊地震監(jiān)測網(wǎng)（國家地震臺網(wǎng)）。
2、現(xiàn)場控制系統(tǒng)
現(xiàn)場控制系統(tǒng)主要由終端、服務(wù)器和節(jié)點(diǎn)三大部分組成，具有多通道數(shù)據(jù)采集、地震波形識別、波形實(shí)時(shí)傳輸、節(jié)點(diǎn)閾值預(yù)警、報(bào)警邏輯判斷、地震事件記錄與存儲等功能。
其系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

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（1）終端
終端主要用于查看節(jié)點(diǎn)信息狀態(tài)，并提供報(bào)警界面。
（2）服務(wù)器
服務(wù)器主要用于地震報(bào)警的3取2邏輯判斷，并存儲地震事件和日志文件。
（3）節(jié)點(diǎn)
網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括兩個(gè)加速度計(jì)、兩個(gè)現(xiàn)場控制單元和一套監(jiān)控單元三大部分。
現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制單元采用立華公司的LEC-3201平臺。
3、地震監(jiān)控和預(yù)警平臺
地震監(jiān)控與預(yù)警平臺是對現(xiàn)有高速鐵路地震監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)充，是指當(dāng)整個(gè)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和成熟以后，利用頂層控制加底層控制的邏輯結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的地震監(jiān)控和預(yù)警功能。
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三、系統(tǒng)工作原理
地震波分為P波和S波。P波傳播速度快（7-8KM/S），破壞力??；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(dá)當(dāng)前點(diǎn)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(bào)的可能性，現(xiàn)階段P波的識別算法設(shè)置的條件稍低，通過1000多條實(shí)際地震測試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫內(nèi)所有的地震數(shù)據(jù)均能觸發(fā)。
1、地震監(jiān)測報(bào)警功能
地震監(jiān)測報(bào)警主要利用兩個(gè)距離相隔40米以上加速度計(jì)實(shí)時(shí)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(jìn)行列控命令。當(dāng)S波到達(dá)并且加速度閾值超過設(shè)定閾值時(shí)，通過繼電器的輸出自動進(jìn)行設(shè)備控制，如列車停車、核電站控堆、大型設(shè)備斷電等，有效的減少人為操作的不可靠性和時(shí)延，降低生命和財(cái)產(chǎn)損失。
地震S波的可識別特征相對較弱，為了降低系統(tǒng)的誤報(bào)和漏報(bào)率，利用相隔一定距離的兩個(gè)加速度計(jì)來進(jìn)行地震識別。對于同一個(gè)地震來說，兩個(gè)加速度計(jì)的記錄數(shù)據(jù)的頻率和幅值具有很高的相似性，通過波形相似性的數(shù)據(jù)處理方法來實(shí)現(xiàn)地震S波特征的識別。?
2、地震預(yù)警功能
地震預(yù)警功能可以分為兩大類。一是利用單點(diǎn)的P波信息來提前數(shù)秒到數(shù)十秒的提前預(yù)警能力，二是利用地震預(yù)警網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)十秒到數(shù)分鐘的提前預(yù)警能力。
利用加速度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)?shù)氐牡卣饎討B(tài)數(shù)據(jù)。當(dāng)有地震發(fā)生時(shí)，通過識別算法實(shí)時(shí)分析當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)，當(dāng)有P波觸發(fā)時(shí)預(yù)估當(dāng)前點(diǎn)的S波達(dá)到的烈度信息，當(dāng)烈度大小超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)產(chǎn)生P波報(bào)警，并利用繼電器進(jìn)行控制輸出，有效的降低有破壞性的S波到達(dá)時(shí)產(chǎn)生的破壞。
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四、LEC-3201應(yīng)用介紹
華電LEC-3201 設(shè)備用于地震預(yù)警現(xiàn)場控制單元平臺，兩個(gè)地震預(yù)警現(xiàn)場控制單元互為備份，為“或”的關(guān)系，任一發(fā)出報(bào)警信息均為有效信息。
設(shè)備實(shí)物圖如下所示。
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華電 LEC-3201 采用Intel Atom 低功耗嵌入式處理器設(shè)計(jì)，整機(jī)通過EMC電力四級，無風(fēng)扇設(shè)計(jì)。設(shè)備提供 6 路千兆以太網(wǎng)接口，用于連接服務(wù)器和終端設(shè)備通信，提供 10 路隔離的 RS-232/422/485串口，用于采集現(xiàn)場地震波信號和其他設(shè)備狀態(tài)。LEC-3201設(shè)備可以根據(jù)現(xiàn)場不同應(yīng)用的需求提供不同網(wǎng)口或者串口的設(shè)備，千兆網(wǎng)口最多支持到10路，串口支持到18路。同時(shí)設(shè)備提供多路 DI 和繼電器輸出DO 節(jié)點(diǎn)，用于現(xiàn)場開關(guān)量狀態(tài)采集和高鐵列控系統(tǒng)控制。為了現(xiàn)場調(diào)試和查看方便，設(shè)備提供前面板液晶顯示和操作，方便客戶對設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
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五、小結(jié)
目前，華電提供的設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用于高鐵地震監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)，并通過鐵道部的動靜態(tài)驗(yàn)收，取得大西鐵路上線試驗(yàn)資格。
大西鐵路客運(yùn)專線原平西至太原南作為“中國標(biāo)準(zhǔn)高速動車組及高鐵關(guān)鍵裝備研發(fā)綜合試驗(yàn)工程項(xiàng)目”的試驗(yàn)段，是中國目前唯一高鐵綜合試驗(yàn)平臺。