任务5-4地震监测子系统

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高速铁路安全与防灾技术任务地震监测子系统

号

9

知识目标：熟悉地震监测子系统的功能，掌握其主要设备构成、安装要求和警报参数。通过案例熟悉地震监测子系统的主要功能及操作流程。能力目标：掌握地震监测子系统的功能和主要设备组成。板书

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重点：地震监测子系统的概念、系统构成、主要设备和操作流程。难点：地震监测子系统的组成设备和操作流程

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石家庄铁路职业技术学院教案【新课内】任务

地震监测系统与其他威胁高速铁路运行安全的自然灾害相比地震发生概率相对较少但其危害很大且暂时无法准确预测当地震烈度达到度时会对基础设施产生破坏作用，除直接破坏铁路基础设施外，地震还会导致运行中的高速列车脱轨、倾覆为尽可能减少地震灾害带来的损失就要在地震发生时尽早采取措施降低列车运行速度或者停车速铁路地震监测系统对铁路沿线地震活动进行实时连续监测若监测到地震波强度达到报警闽值会立即发出警报控制高速列车减速或紧急制动防止或减轻因地震灾害引发的损失同时为运营调度中心快速启动应急救援或恢复运营提供决策依据与国家地震台网所作的中长期或临震预报及监测目的有所不同由于铁路地震监测的目的特殊因此对强震仪以及整个监测系统的灵敏度、可靠性和长期稳定性有较高要求。一、地报警相关概1.震动加速值衡量地震强度的单位，根据GB/T3102.3-1993的规定，地震动加速度通常用Gal表示，1Gal=1cm/sec2。地震动加速度有时也用重力加速度单（）来表示在地震工程中一般约定1g=1000Gal。2.S警和波预警地震报警系统主要指S波报警即拾捡地震动波的加速度值行报警。预警主要指P波预警利用两种波形的走时差。另外有空间预警，也叫前置预警法。3.报警阈值（EAT）监测点检测到地震动加速度后判定对列车是否进行运行管制的报警数值地震动峰值加速度值来表示于工程基础设施的最大动力响应系数和保证列车正常运行前提下的轨道所能承受的最大横向加速度值A]。目前使用。4.监测点设置距离和应急处置范围两个地震监测点设置距离为20-30里地震发生时，地震监测点的控制范围。目前规定上下行公里。1

石家庄铁路职业技术学院教案5.判定方式分为单点判定和多点判定。单点判定方式逻辑简单，漏报率低，实时性好。多点判定方式的误报率较单点判定报警方式低但报警判定延时时间长判定逻辑较单点报警复杂，实时性较差并存在漏报警的风险。目前使用两点判定，将来根据实际情况将考虑采用单点判定。二、高铁路地震系构成数据库服务器

应用服务器中心交换

监控终端汇聚

传输网通信基站机

以太监控单元

以太监控单元

串口

串口

列控

串口

串口

列控现场地震监测设备

强震记录器

强震记录器

……

强震记录器

强震记录器

传

传

传

传注：红色虚框中的牵引变电所和列控为模拟备三、地监测系统功1、监测地震动加速度，生成报警，实现强震应急处置；2当地震动加速度≥防灾安全监控系统生成报警信号并通过防灾监控单元将该报警信号传送至邻近的列控中心触发列控系统使列车自动停车，同时触发牵引变电所牵引供电控制装置使接触网停电。3、预留本地P波监测以及接收国家、地方地震台网的P信息功能；条件具备时，实现P波预警。四、地监测设备地震监测设备主要有力平衡式加速度计和强震记录器，见下图：力平衡式加速计五、地监测方法

强震记录器美国凯8道记录器2

石家庄铁路职业技术学院教案地震监测系统根据工作原理分为两类:报警和预警中预警是地震发生后，相对铁路线路而言，破坏性地震波还未到达线路前发出报警。因此对铁路沿线外围发生的地震可以有两种监测点布置方式即沿线路边设置监测点与在震源附近设置监测点。1）沿线路边设置监测点方式在强震发生后若监测到超出阀值的地震波系统发出报警并立即切断接触网电源，使列车减速并停车。这种报警方法简单、可靠，但如果发生强震此时本区段地震灾害可能己经发生了仅可起到阻止相邻区间的列车进入灾害区防止发生次生灾害这种方式应用于法国地中海线和早期日本高速铁路地震监测；2）震源附近设置监测点方式(异地预警)在线路外围靠近地震源方向设置地震监测点监测系统检测到地震发生并达到报警闭值后过通信网络将报警信息传送到牵引变电系统和运营调度中心，即可提前控制受影响线路上运行的列车。根据计算在离铁路线以外的监测点，检测到危险强度的地震波时，可提前秒以上发出报警；墨西哥城地震预警系统SAS(SeismieAlannSystem)于1991年8月投入使用，是世界上唯一向公众发布地震警报的地震预警系统1995年9月14日Guerrero地区发生了7.3级地震系统在地震波到达墨西哥城前725发出了地震警报。由于及时采取了防震措施大大减少了墨西哥城的人员伤亡尽管这是由于震中距离市区达32Okin而产生的特例，但它证明了地震预警系统的功能。日本铁道技术研究所研制的紧急地震检测和预警系UrEDAS(UrgentEarthquakeDctectionandAI~system)是目前较先进的铁路地震预警系统是一个利用地震P波和S信息快速估计地震参数并结合已有震害统计结果有针对性发布地震预警信号的智能系统，该系统的最大特点是单个台站用P波初动就能确定震源参数。考虑到多台站系统的复杂性和网络系统的脆弱性UrEDAS采用单台信号报警，通过实时监测单个观测点处的地面运动。检测到地震P后的35内估算出震中方位、震级中距和震源深度等地震参数并发出第一次警报在S波到达后计算出更精确的地震参数后再发出第二次警报。目前日本已在东京地区、青函海底隧道东海道新干线山阳新干线等地区布设了近套UrEDAS系统。六、报及列车运行制方式对于高速铁路地震监测系统警方式实际就是指地震瞬间控制列车运行的方式。从理论上看当发生地震且监测到报警阂值以上的地震动加速度值时有如下三种方式控制列车制动和停车:1）通过控制牵引变电所停止向运行中的列车供电，控制列车停止运行3

石家庄铁路职业技术学院教案2）通过运营调度中心列控系统发出列车停止运行的信号，自动控制列车停止运行；3）通过车、地无线通信系统向司机发出停止运行的信息，由司机控制列车停止运行；由于第三种方式下的列车制动停车是基于司机人工控制的响应速度慢对于高速铁路来说没有应用的意义。因此前一般都采用前种方式在高速铁路地震防灾建设较为完备的日本和法国由于具体情况不同采取的是不同的报警方式。两种方式的区别及优缺点如下表：由于列控系统安全性要求很高接接入列控系统的报警方式在我国高速铁路实现起来有很大难度，因而建议采用控制牵引变电系统的报警和控车模式。4

石家庄铁路职业技术学院教案七、报闭值的设定监测点置高速铁路地震监测系统报警阈值EAT(EarthquakeAlarmThreshold)可按下式计算:EAT=A/D式中A为保证列车正常运行前提下轨道所能承受的最大横向加速度限;D为铁路各种构筑物(路基、桥梁等)在不同地震波激励下的动力响应系数最大值。参考国外标准和前期研究成果，建议最大横向加速度限A取为12OGal;获得95y0保证概率下，动力响应系数D的取值为。与此可得EAT，出于高速铁路报警安全的考虑，建议EAT取45Gal根据我《铁路工程抗震设计规范(GBJ111)的规定位于地震烈度大于呱度地区的结构物，应进行抗震设计此高速铁路客运专线在地震烈度大于等于VII度的线路区段需设地震监测点，烈度姗度相当于地震动峰值加速度为0.19(lg等于98OGal，地震动峰值加速度0.19当于震级烈度VII级0.29相当于硼级、0.49相当于IX级)。原则上S波监测点布置在线路旁p波监测点也可设在线路旁但最好设在5

石家庄铁路职业技术学院教案线路周围地区潜在震源的附近p波监测点设置距离震源超过150一时，经衰减的P波检测和判别难度将有所增加。为了方便对地震监测站的管理维修，铁路沿线监测点一般设在牵引变电所(分区亭等)车站内的独立设备房中为尽可能避开或远离可能干扰影响监测的振动源强震仪的安装应距线路轨道中心线4050米外潜在震源附近的地震监测点，一般考虑设在历史上震级超过7.0且距线路围内大震震中位置附近选取地表基岩处设置铁路沿线地震监测站的设置间距对监测系统预警的准确性影响很大监测点设置间距的确定与报警闭值有一定关联法国地中海线地震监测点相距平均约10km,停止列车运行的报警阂值取65Gal;日本新干线地震监测点相距平均约20km，如果我国高速铁路地震监测系统的地震报警闭值按照45Gal考虑且选择牵引变电所控制模式下议地震监测点的设置间距为20一30km。表发地震时列车运行规则及其他(阳新干线—“日本新干线安全对策概要”(1999年12月文版。感震器最大值/

判定震度

停车

运行规则限

速

紧急巡检地面添乘巡检km/h巡检

提速70km/h

70km/h3以下*

感震器监管围内70km/h下，但定震度未明确前30kin/h以下例30kin/h下

无；特例时同“限速区间

设备电气

设备≥40<80

感震器监管围内304以

km/h下，但设备及电气人员添乘70km/h以下，

特例时同设备电设备“限速”区间气气

设备特例kin/h下3以

同上

同上

设备电设备电气气

设备停车≥40<1204

感震器感震器监管围内，有监管范备电气人员添乘km/h围内以下，例km/h以

区间的特定地

同上

设备电设备电气气

设备点5以

同上

同上

停车区间

同上

设备电设备电气气

设备6

石家庄铁路职业技术学院教案≥120

同上

同上

同上

同上

设备电设备电气气

设备表3发地震时列车停车后的运行规(东北、上越、长野新干)行车规则

紧急巡检Gal值(沿线)80Gal以

停车

限速根据调度员命令恢复行

徒步巡检无

添乘巡检无超过80Gal的感器点两端12围内，80Gal以上,120Gal以下

开始供电后30km