CN106781290A - 高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台，平台将获得的地震信息进行综合分析，统一处理，在发生地震时自动生成相应级别的紧急处置信息，并快速向列控、牵变等外部系统以及地震车载装置发送；同时，还对信息处理平台的传输效率、可靠性、有效性、可维护性与安全性等进行了描述，确保信息系统本身稳定可靠，从而提升了铁路灾害的防护水平和高铁列车运营的安全性；此外，平台还提供地震结束后的警报解除与震后恢复功能，保证系统地震发生后恢复正常运行工作状态；此外，对于产生的误报也能即时解除，保障地震误报后列车迅速恢复正常运行，大大提高铁路运输生产效率。

Description

高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台

技术领域

本发明涉及铁路地震预警防护技术领域，尤其涉及一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台。

背景技术

中国是世界上地震活动最强烈和地震灾害最严重的国家之一，随着我国高速铁路建设快速的发展，列车运行速度和密度的不断提高，当发生地震时，哪怕是较小震级的地震对路基、轨道、桥梁等的冲击都可能会导致危害旅客生命安全的重大事故，如果能提早哪怕是短短的几十秒实施报警和处置，将大大降低旅客生命财产损失。因此建立高速铁路地震预警监测不仅具有重要的经济意义，而且还具备重大的社会意义。

既有高速铁路地震监测系统是按线设计建设，没有提供地震预警功能，没有集中统一的铁路局信息处理中心，导致高速铁路既有地震灾害监测系统各自独立运行、互不连通，技术架构不开放，信息处理流程不统一，同一设备供应商安装于不同线路的软件界面不相同、不兼容，与路内、外相关信息系统接口定义复杂、难以联通等问题，影响了地震灾害监测系统的深化应用。因此，建立地震预警监测铁路局中心系统的信息处理平台，形成以铁路局为中心的两级架构的地震预警立体网络，对于充分利用资源，避免重复建设，提高灾害监测预警系统应用水平有着重要的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台，平台提供了多台P波预警和地震紧急处置等功能，提升了高铁地震灾害发生时的防护效果和高铁列车运营的安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台，包括：

信息接收模块，用于实时接收管辖范围内现场监测设备的监测信息、警报信息与设备状态信息，实时接收车载地震装置的状态信息，实时接收相邻铁路局中心系统的警报信息，实时接收地震台网中心的监测信息、预警信息与速报信息；

信息处理模块，用于对接收到的各个信息按照时间优先顺序进行综合分析处理，以判断是否发生地震；若确认发生地震，则根据综合分析处理获得的震中经纬度、震级、震源深度、影响范围生成相应级别的紧急处置信息；

信息发布模块，用于采用GPRS或者GSM-R小区广播方式向车载地震装置发送相应级别的紧急处置信息，通过现场监测设备向牵引供电系统与列控系统发送相应级别的紧急处置信息，以及直接向管辖范围内受影响的线路以及相邻铁路局中心系统发送相应级别的紧急处置信息；

信息存储模块，用于存储信息接收模块接收到的所有信息，以及信息处理模块处理获得的信息；

信息显示模块，其包括：监测业务终端，用于实时显示信息接收模块接收到的各种警报信息、预警信息与速报信息，以及实时显示信息处理模块生成的相应级别的紧急处置信息；监测维护终端，用于显示监测业务终端所能显示的各项信息，以及系统设备与现场监测设备的工作状态信息。

误报解除模块，用于当发现误报时，向车载地震装置、牵引供电系统、列控系统、管辖范围内受影响的线路以及相邻铁路局中心系统发送误报解除信息。

所述监测维护终端还在相应设备发生故障时，显示相应的故障信息；所述监测维护终端，还显示车载地震装置的状态信息，并动态监测车载地震装置所属的GSM-R小区。

所述监测维护终端，还用于在地震结束后，向外发送警报解除信息；以及，在地震结束后，当确认地震预警系统设备工作正常时，向外发送系统恢复信息。

所述信息处理模块实时的根据信息接收模块接收到的信息进行计算，从信息接收模块接收到信息至信息处理模块最终成相应级别的紧急处置信息的时间≦0.1s；

所述信息发布模块实时将相应级别的紧急处置信息向外传输，其中传输至车载地震装置的时间≦2.0s，传输至相邻铁路局中心系统的时间≦0.5s，其余的传输时间均≦0.1s；

系统具有故障自检测功能及故障处理和恢复功能，各模块均采用冗余措施，系统的平均故障间隔时间≥105h；

系统支持7×24小时工作方式，在任意时刻能正常工作的概率达到99.99％。

信息处理平台以GPRS方式接入到GSM-R通信系统中并预留小区广播接入方式；

信息处理平台采用冗余设置方式并配合相应的安全隔离设施与地震台网中心通信；各种信息的通信方式如下：a、地震台网中心发送的监测信息包括高铁沿线100km范围内强震台站三分向实时加速度波形数据，加速度值单位为gal，波形数据内容包括台站编码、采集日期、时间以及miniseed格式的监测数据，数据打包时间小于1s；b、预警信息为预警震级3级以上的地震预警信息，需要在5秒内将预警信息传输到信息处理平台，预警信息内容包括：震源经纬度、震源深度、预估地震震级、预警发布日期、时间、报次，以及预估铁路沿线各区间加速度分布峰值；c、速报信息为地震台网中心管辖范围内的震级3级以上的地震速报信息，需要在120秒内传输到信息处理平台，速报信息内容包括：震源经纬度、震源深度、地震震级、速报发布日期、时间与参考地名；

信息处理平台采用冗余设置方式与相邻铁路局中心系统通信，采用TCP/IP协议进行数据的传输。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，信息处理平台将获得的信息进行综合分析，统一处理，在发生地震时自动生成相应级别的紧急处置信息，并快速向列控、牵变等外部系统以及地震车载装置发送；同时，还对信息处理平台的传输效率、可靠性、有效性、可维护性与安全性等进行了描述，确保信息系统本身稳定可靠，从而提升了铁路灾害的防护水平和高铁列车运营的安全性；此外，信息处理平台提供地震结束后的警报解除与震后恢复功能，保证系统地震发生后恢复正常运行工作状态；此外，对于产生的误报也能即时解除，保障地震误报后列车迅速恢复正常运行，大大提高铁路运输生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台的模块示意图；

图2为本发明实施例提供的信息处理平台的总体架构示意图；

图3为本发明实施例提供的信息处理平台的逻辑架构示意图；

图4为本发明实施例提供的信息处理平台数据架构示意图；

图5为本发明实施例提供的信息处理平台的具体硬件架构示意图；

图6为本发明实施例提供的信息处理平台的网络方案示意图；

图7为本发明实施例提供的信息处理平台的信息处置方法流程图；

图8为本发明实施例提供的信息处理平台总的响应时间示意图；

图9为本发明实施例提供的信息处理平台总处理大西综合试验线部署示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台(以下简称信息处理平台)，如图1所示，其主要包括：

信息接收模块，用于实时接收管辖范围内现场监测设备的监测信息、警报信息与设备状态信息，实时接收车载地震装置的状态信息，实时接收相邻铁路局中心系统的警报信息，实时接收地震台网中心的监测信息、预警信息与速报信息；

信息处理模块，用于对接收到的各个信息按照时间优先顺序进行综合分析处理，以判断是否发生地震；若确认发生地震，则根据综合分析处理获得的震中经纬度、震级、震源深度、影响范围生成相应级别的紧急处置信息；

信息发布模块，用于采用GPRS或者GSM-R小区广播方式向车载地震装置发送相应级别的紧急处置信息，通过现场监测设备向牵引供电系统与列控系统发送相应级别的紧急处置信息，以及直接向管辖范围内受影响的线路以及相邻铁路局中心系统发送相应级别的紧急处置信息；

信息存储模块，用于存储信息接收模块接收到的所有信息，以及信息处理模块处理获得的信息；本发明实施例中，对各类信息的存储要求如下：峰值小于等于2gal的地震波形信息保存不少于28天；峰值大于2gal的地震波形信息保存不少于3年；地震警报及紧急处置信息永久保存；设备状态信息保存时间不少于5年。

信息显示模块，包括监测业务终端和监测维护终端，其中：监测业务终端，用于实时显示信息接收模块接收到的各种警报信息、预警信息与速报信息，以及实时显示信息处理模块生成的相应级别的紧急处置信息；监测维护终端，用于显示监测业务终端所能显示的各项信息，以及系统设备与现场监测设备的工作状态信息。

误报解除模块，用于当发现误报时，向车载地震装置、牵引供电系统、列控系统、管辖范围内受影响的线路以及相邻铁路局中心系统发送误报解除信息。示例性的，通过检测后续波形对P波预警信息进行确认，或接收地震台网自动速报信息进行确认。当发现误报时自动向车载地震装置、牵引供电系统、列控系统以及相邻铁路局中心系统发送误报解除信息，监控单元自动恢复到非报警状态。误报解除后，司机按允许速度行车。

本发明实施例中，监测维护终端不仅可以将系统接收的信息实时显示，还可以实现警报解除与震后系统恢复功能，具体的：在地震发生时，信息处理平台发出紧急处置信息后，根据国家地震台网确报信息确定地震事件结束，发送警报解除信息，控制地震预警系统自动恢复。在地震发生后，确认地震预警系统设备工作正常，向外发送震后系统恢复信息，控制地震预警系统自动恢复。

此外，监测维护终端还负责各设备(模块)的监控，当相应设备发生故障时，显示相应的故障信息；另外，还显示车载地震装置的状态信息，并动态监测车载地震装置所属的GSM-R小区。

以上为本发明实施例所提供的信息处理平台的主要组成模块及其相应的功能，下面针对信息处理平台的性能、设计，以及信息的处置方式做进一步介绍。

一、信息处理平台的性能

地震预警最核心的指标是时间，通过铁路局中心系统的快速处理能力，可以大大降低地震相应时间。铁路局中心系统响应时间是指从接收到地震监测信息至地震监测预警系统的紧急处置信息发送到相关系统接口所需要的时间。主要包括：紧急处置信息生成时间和紧急处置信息传输时间，对于阈值报警和P波预警的系统响应时间如下：

1)紧急处理信息生成时间，

高速铁路地震预警监测铁路局中心系根据信息接收模块接收到的信息进行计算，主要计算地震影响线路、台站、铁路局中心系统、信号接口单元、调度系统范围等，从信息接收模块接收到信息至信息处理模块最终成相应级别(Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级)的紧急处置信息的时间≦0.1s(95％概率)。

2)紧急处置信息传输时间

所述信息发布模块实时将相应级别的紧急处置信息向外传输，其中：

传输至车载地震装置的时间≦2.0s(GPRS方式95％概率下)。

传输至相邻铁路局中心系统的时间≦0.5s；

其余的传输时间均≦0.1s，包括：传输至现场监测设备、传输至信号接口单元、传输至调度系统接口。

3)可靠性

系统具有故障自检测功能及故障处理和恢复功能，系统具有故障自检测功能及故障处理和恢复功能，各模块均采用冗余措施，系统的平均故障间隔时间≥105h。

4)有效性

信息处理平台阈值报警、P波预警、紧急处置均应具有较强的有效性，支持7×24小时工作方式，在任意时刻能正常工作的概率达到99.99％。

5)可维护性

信息处理平台的软件具备完备的异常信息记录和故障日志功能，以便于调试与分析；系统设备具有良好的网络管理功能，能够实现自检测、自诊断以及远程检测和诊断的功能；所选用的设备应是少维修或无维修的，实现模数化和标准化。软件的操作界面应简洁明了、便于维护。

6)安全性

信息处理平台满足《信息系统安全等级保护基本要求》(GB/T 22239-2008)所规定的三级保护能力中对设计方的要求。

二、信息处理平台的设计

1、信息处理平台的总体架构

信息处理平台按照两层结构设计，如图2所示。地震预警监测铁路局中心系统作为第一层，设置在铁路局，第二层是布设在铁路沿线的现场监测设备。铁路局中心系统作为地震信息汇聚、处理的核心，负责全局管辖范围内地震信息的综合判识、地震影响范围的计算、地震紧急处置的发送等，并通过与国家地震台网接口和相邻铁路局接口，形成立体化的地震预警监控网络。

图2中，前端接口服务器、邻局接口服务器、台网接口服务器即为前述的信息接收模块，用于相应的接收来自现场监测设备、车载地震装置、相邻铁路局中心系统地震台网中心的相关信息。

前端预警服务器、紧急处置服务器、地理信息服务器和通信应用服务器即为信息处理模块，负责对接收到的信息进行汇总处理，并生成相应级别的紧急处置信息。

前端接口服务器、GPRS通信服务器、小区广播通信服务器、地震GPRS接口服务器、地震小区广播中心即为信息发布模块，采用相应的无线通信方式，将紧急处置信息发送给相关装置、系统等。

通信日志服务器、数据库服务器和数据存储设备即为信息存储模块，负责各种数据的存储。

监测业务终端和监测维护终端，也即信息显示模块，监测业务终端主要负责相关信息的显示；监测维护终端处理显示相关信息外，还负责发送警报解除信息、系统恢复信息等，其数量可以根据实际需求来确定。

维护管理服务器和紧急处置服务器即为误报解除模块，主要负责向相关装置、系统发送误报解除信息。

2、信息处理平台的逻辑架构

信息处理平台采用多层架构设计，分为展现层、应用层、服务层、数据层、接口层、系统软件层和系统硬件层7层，具体关系如图3所示。

系统硬件层包括预警服务器、紧急处置服务器、接口服务器、地理信息服务器、维护管理服务器、数据库服务器、时钟同步服务器、存储设备、网络设备、存储设备，数据备份采用磁盘阵列。系统软件层包括操作系统、数据库管理系统、存储/备份系统、应用中间件、通信中间件、数据中间件等、防病毒系统。

接口层包括地震监测台站接口、国家地震台网中心接口、GSM-R通信系统接口、信号接口单元接口、调度系统接口、相邻铁路局数据交换接口、地震信息综合分析平台接口等。

数据层包括地震监测数据、地震警报数据、设备状态数据、紧急处置指令数据、路局中心与接入系统间的通信交互过程数据、系统运行基础数据和系统管理数据。

服务层采用SOA架构的方式，提供数据服务、业务服务、流程服务、访问服务、安全认证服务、以及提供系统日志、系统资源监控等系统功能服务等，实现数据访问、数据协议和格式转换、数据订阅/发布、数据传输、数据存储、地震警报、紧急处置命令生成等功能。

应用层功能主要由后台服务模块提供，包括地震预警P波识别模块、地震影响范围计算模块、地震警报信息发布模块、地震台网中心接入模块、中心与台站、信号等接口单元信息交互模块、地震数据存储与分析模块、系统诊断与维护模块、资源管理、日志管理、业务监控模块。

界面层主要由客户端软件提供，采用WebService和MQ等协议与后台进行交互，提供地震信息监控操作、基于GIS的地震信息综合展示、数据综合统计分析、地震波形分析/展示等界面功能。

3、信息处理平台的数据架构

信息处理平台数据架构如图4所示，信息处理平台与外部接入系统之间有大量数据交换，接口系统多，数据处理方式不同。数据类型主要有台站波形数据、地震报警、预警数据、设备状态数据等。平台在与外部接入系统交互的过程中会产生一些记录通信过程数据、生成的紧急处置命令数据等，此外还有一些基础数据、运营维护数据等。如果系统数据缺乏整体规划，将导致系统的数据流向混乱，极大地限制系统整体功能的发挥。因此必须从系统的角度，对路局中心系统数据进行分析，按业务领域对各种数据进行分类，对各类数据进行综合分析，给出数据的整体组织图、各种数据可能的存储方式、数据交换方式，并对数据共享及其实现方式、数据备份方法及方式、数据同步方法及方式给出清晰的描述。

数据架构规划应提高数据质量、实现数据共享、提升应用系统扩展性和灵活性、支持企业级数据仓库的实现。路局中心系统包含业务数据域、规则数据域、基础数据域、和运行维护数据域4个数据领域。

1)业务数据域

业务数据域包含了对路局中心系统在进行地震预警、报警过程中所产生的所有数据的定义，其中包括地震监测波形数据、地震预警数据、地震报警数据、设备工作状态数据、紧急处置命令数据、与外部通信交互过程数据(主要是信息接收状态、信息发送状态等)等。

2)规则数据域

规则数据域包含了系统对在地震报警、预警过程中使用规则的定义，包含了系统对于业务情况处理时所包含的业务规则，如地震误报识别、地震P波影响范围、地震S波影响范围、地震紧急处置命令发送时机等规则。

3)基础数据域

基础数据域包含了对路局中心系统使用资源的定义，可理解为统一基础数据模型，其中包括固定和移动设备(台站、台网、线路、通信信号设备、牵引供电和信号接口单元设备、调度系统、动车组(机车车辆))、以及GIS地图、人员等的描述。

4)运行维护数据域

运行维护数据域包括了系统运行维护过程中产生的以及使用资源的定义，包括系统用户定义数据、系统运行配置数据、系统管理数据、系统运行日志数据等。

信息处理平台的数据在各路局信息机房内通过专业存储设备进行存储备份，各路局中心系统历史生产数据在综合处理分析平台中集中存储备份。铁路局中心系统存储所有地震监测数据、地震事件、地震警报、紧急处置和设备状态信息，所有存储数据应能检索与回放。实时连续记录数据保存不少于28天；设定触发(大于2gal)记录信息保存不少于3年；地震事件信息永久保存；紧急处置和设备状态信息保存不少于5年。

4、信息处理平台的硬件架构

信息处理平台的具体硬件架构如图5所示，为保障地震预警监测路局中心系统的稳定性、可靠性，服务器宜采用双机配置，集群部署，当单个服务器出现故障时不会导致整个系统失效，性能满足地震预警快速处理的需要。具体包括前端预警服务器、前端接口服务器、紧急处置服务器、地理信息服务器、数据库服务器、邻局接口服务器、维护管理服务器、台网接口服务器、通信应用服务器、通信日志服务器、GPRS通信服务器、地震GPRS接口服务器、小区广播通信服务器(预留)、地震小区广播中心(预留)、时间同步设备、数据存储设备、网络设备、安全设备、监测业务终端和监测维护终端等。其中：

(1)前端预警服务器用于多台P波预警。

(2)前端接口服务器用于与监控单元、前端预警服务器及紧急处置服务器互联。

(3)紧急处置服务器用于地震紧急处置信息的生成与发布。

(4)地理信息服务器用于空间地理图元的分析、计算以及发布。

(5)数据库服务器用于数据的集中存储。

(6)邻局接口服务器用于与相邻铁路局中心系统进行数据交互。

(7)维护管理服务器用于用户权限、系统日志等参数设置，以及程序升级、发布。

(8)台网接口服务器用于与国家(省级)地震台网进行数据交互。

(9)通信应用服务器用于紧急处置信息影响范围涵盖的GSM-R小区的计算。

(10)通信日志服务器用于铁路局中心系统与车载地震装置之间收发的数据信息的记录。

(11)GPRS通信服务器用于铁路局中心系统管辖范围内车载地震装置所在的位置及工作状态的监测。

(12)地震GPRS接口服务器用于向GSM-R系统以GPRS方式发送紧急处置信息。

(13)小区广播通信服务器用于生成紧急处置小区广播短消息。

(14)地震小区广播中心用于向GSM-R系统以小区广播方式发送紧急处置信息。

(15)NTP服务器为铁路局中心系统、现场监测设备等提供时间同步功能。

(16)监测业务终端用于提供地震警报信息、紧急处置等内容的可视化界面。

(17)监测维护终端用于提供地震警报信息、紧急处置、设备状态等内容的可视化和运行维护操作界面。

5、信息处理平台的网络方案

信息处理平台的网络方案示意图如图6所示，信息处理平台采用铁路专用通信网络组网，与地震部门的互联采用公用专线，所采用的通信网络应采取必要的安全措施。

信息处理平台与现场监测设备之间采用铁路专用通信线路(或通道)，宜采用星形结构。

(1)铁路局中心系统机房局域网网络带宽不低于1000Mbit/s。

(2)监测业务终端、监测维护终端宜采用专用通信线路(或通道)连接维护管理服务器，传输带宽不低于10Mbit/s。

(3)国家或省级地震台网信息通过网络安全设备接入铁路局中心系统，传输带宽不低于10Mbit/s，并采用双线路(或通道)冗余设置。

(4)相邻铁路局中心系统之间采用专用通信线路(或通道)，传输带宽不低于10Mbit/s，并采用双线路(或通道)冗余设置。

(5)铁路局中心系统与GSM-R通信系统之间采用专用通信线路(或通道)，传输带宽不低于4Mbit/s，并采用双线路(或通道)冗余设置。

(6)接入铁路局中心系统的网络接口宜采用FE接口。

6、信息处理平台的接口方案

1)物理层

信息处理平台物理层通道为2M以上数字通道，信息处理平台与车载地震装置通过GPRS和小区广播短消息两种方式交互数据。

2)网络层

网络层协议采用IP协议

3)传输层

传输层协议采用面向连接的TCP协议，铁路局中心系统到车载紧急处置间传输层协议采用UDP协议。

4)会话层

支持MQ、SOCKET、WebService等协议

5)表示层

信息报文格式分为报文头、报文正文、报文尾三部分，具体如下表1所示，其中报文编码规则采用UTF-8进行编码。

表1信息报文格式

(1)信息处理平台与台站监控单元的接口

信息处理平台与台站监控单元通过TCP/IP协议建立链接，信息处理平台接收台站监控单元传输过来的地震预警信息、地震阈值报警信息，误报解除信息、处置回执信息、设备状态信息以及心跳网络状态等信息，将紧急处置信息、震后恢复命令等处置信息发送到台站监控单元。

(2)信息处理平台与信号接口单元的接口

信息处理平台与信号监控单元通过TCP/IP协议建立链接，信息处理平台接收信号接口单元传输过来的处置回执信息、设备状态信息以及心跳网络状态等信息，将紧急处置信息、震后恢复命令等处置信息发送到信号接口单元。

(3)信息处理平台与GSM-R通信系统的接口

信息处理平台以GPRS方式接入到GSM-R通信系统中并预留小区广播接入方式。信息处理平台通过EM-GRIS接入GSM-R通信系统，其接口应满足《GSM-R数字移动通信应用技术条件第九分册：数据传输应用接口及设备》(铁运[2012]288号)的相关规定，EM-GRIS与GPRS业务接入路由设备之间应采用主备双路以太网方式相连，EM-GRIS侧应设置防火墙等网络安全设备。

(4)信息处理平台与地震台网的接口

信息处理平台具备与中国地震台网中心或省级地震台网中心的接口，采用冗余设置和必要的安全隔离设施。

信息处理平台接收国家或者省级地震台网中心的主要信息包括：与高铁线相邻强震台站的实时监测数据，台网中心地震预警数据、地震速报数据和烈度速报等数据。具体传输内容如下：

①强震台站加速度波形信息：台网中心选择性提供高铁沿线100km范围内强震台站三分向实时加速度波形数据，加速度值单位为gal，波形数据内容包括台站编码、采集日期、时间以及miniseed格式的监测数据，数据打包时间小于1s；高铁地震预警系统利用接收的强震台站波形信息，结合自有台站进行多台预警。

②台网预警信息：台网中心向信息处理平台提供预警震级3级以上的地震预警信息，且要求时间在5秒内将预警信息传到接口系统，预警信息内容包括：震源经纬度、震源深度、预估地震震级、预警发布日期、时间，报次，预估铁路沿线各区间加速度分布峰值等。

③台网速报信息：台网中心向信息处理平台提供管辖范围内的震级3级以上的地震速报信息，要求在120秒内将速报信息传到路局中心系统，速报信息内容包括：震源经纬度、震源深度、地震震级、速报发布日期、时间，参考地名等。

信息处理平台与台网中心之间的通信协议遵循地震局相应的软件和数据传输规范。为了保证数据传输的安全，路局中心系统与国家或省级台网中心之间互设专用接口服务器，双方通过接口服务器进行数据的实时交互，通过网闸或者防火墙来进行网络隔离，采用数据安全交互与存储设备来保证双方系统的安全运行。

(5)信息处理平台与相邻铁路局中心系统的接口

信息处理平台具备与相邻铁路局中心系统的接口，符合行业相关的信息共享与安全的规定，网络应采用冗余设置。相邻铁路局中心系统之间通过邻局接口服务器传输地震阈值报警、P波预警、警报误报解除、震后恢复等信息，采用TCP/IP协议进行数据的传输。

7、信息处理平台的关键技术

信息处理平台的关键技术在前文已经结合相应的模块进行了描述，下面主要针对各项关键技术做进一步的介绍。

(1)多端口、多数据类型实时接入技术

信息处理平台与多个外部接入系统有大量数据交换。接入数据主要包括地震波形数据、地震报警数据、地震预警数据、设备状态数据、控制指令回执数据、震后恢复行车数据等。外部接入系统包括：地震监测台站、省级台网、相邻路局中心系统、调度系统、信号接口单元、综合分析处理平台等。外部接入系统繁多、接入数据类型众多、数据交换量大、数据发送频繁、要求快速、实时处理是铁路局中心系统数据接入的特点，也是系统处理的难点之一。

系统软件采用SOA架构，搭建灵活、稳定的信息处理平台。平台内集成了接口通信模块。通信模块主要实现外部系统的接入、接出；通信协议的转换；报文数据格式的转换；通信状态的维护等。同时高铁地震监测预警路局中心系统对外提供统一的接口接入，在接口接入层，平台开发多种协议适配器，支持多种协议如TCP/IP、MO、WebService等的接入。平台提供内部定制的接口访问协议，所有客户端业务模块插件通过相同规格接口簇挂接到客户端框架容器总线上，模块间的调用采用统一接口访问方法，使得客户端软件系统的软件模块管理更加清晰、简单明了，调用高效、可靠。

(2)大数据处理技术

信息处理平台数据交换具有数据量大、查询分析复杂、计算时间要求短等特点。系统采用大数据处理技术对海量数据进行存储和分析，使系统处理更加迅速、优化、可靠。

系统在软件架构方面，采用SOA形式来搭建，业务模型、安全管理和技术平台统一化。系统在界面、功能、数据和流程等各个层次上均能达到高度统一、有机集成。对数据进行分域建模，将数据从整体上分为在线生产类型库、离线历史数据库。生产库支持实时、快速的处理过程，支持大并发数据查询、处理，而对应复杂的需要消耗计算资源的查询、统计、分析过程，针对历史数据库建立数据仓库，采用数据挖掘技术，将数据切分成具有定制需求的专题数据，方便用户查询、统计、报表输出等。系统在硬件架构方面，采用集群部署。对应系统软件架构，将硬件服务器分为接口服务器、应用服务器、通信服务器、数据库服务器、时钟同步服务器，软件的集群和硬件的集群有机的结合起来。系统平台软硬件架构相互支撑，支持大数据的分析处理，具有平衡配置、按需优化、灵活多样、稳定安全的显著优势。

(3)地震P波识别技术

地震预警必须首先解决的问题是用地震信息来快速的确定地震参数，包括P波初至时间、地震级别和震中的确定。P波预警是一项快速发展、不断优化的过程，世界范围内各相关研究机构也在此领域进行深入的探索，为确保信息处理平台实现既定的目标，采用了以下技术路线：沿线地震监测台站信息汇聚到信息处理平台，在信息处理平台设置了专门进行P波预警处理的软硬件环境，并提供了系统集成平台。

(4)异地预警技术

及时监测地震的发生，根据地震发生强度和地点，快速确定地震破坏(影响)范围，并向影响范围内的列车发出预警信息，相应的系统采取必要的措施确保列车处于安全运行状态，是高速铁路地震预警监测的最根本与最重要的目标，采用异地预警技术能够更加有效的实现对地震影响范围内列车发出预警，为相应系统采取措施争取时间。异地预警的本质就是通过时间、空间和传输速度的差异等带来的时间差，本系统通过以下方式实现异地预警：

①基于S波的异地预警

铁路沿线地震监测台站实时监测地震信息，当检测到地震动加速度超过设定的阈值时，一方面直接通过监控单元和信号接口单元向牵引供电系统和信号系统发送地震报警信息，另一方面间S波报警信息及检测信息发送至铁路局中心系统，铁路局中心系统对上述S波进行快速识别与计算，根据设定的阈值及报警级别，通过网络向影响范围内的地震监测台站、信号接口单元和车载地震装置发送预警信息，使得牵引供电系统、列控系统和车载地震装置采取相应措施，如果影响范围超出本局管辖范围，预警信息还将被发送到相邻的铁路局，相邻铁路局按照上述原则采取同样的措施。

②基于P波的异地预警

信息处理平台实时接收铁路沿线地震监测台站和地震部门监测台站的监测信息，并对监测信息进行P波快速识别，判断地震发生的震中、震级和震源深度，同时快速计算地震的预警级别和影响范围，通过网络向影响范围内的地震监测台站、信号接口单元和车载地震装置发送预警信息，使得牵引供电系统、列控系统和车载地震装置采取相应措施，如果影响范围超出本局管辖范围，预警信息还将被发送到相邻的铁路局，相邻铁路局按照上述原则采取同样的措施。

③基于国家地震预警系统的异地预警

信息处理平台实时接收国家地震预警系统的预警信息，根据预警信息中的震中、震级和震源深度等信息，快速计算地震的预警级别和影响范围，通过网络向影响范围内的地震监测台站、信号接口单元和车载地震装置发送预警信息，使得牵引供电系统、列控系统和车载地震装置采取相应措施，如果影响范围超出本局管辖范围，预警信息还将被发送到相邻的铁路局，相邻铁路局按照上述原则采取同样的措施。

(5)预警误报解除技术

基于P波预警是一项全世界范围内的尚未最终成熟的前沿技术，由于理论和技术上的限制，会产生误报的情况，如果误报信息不能及时发现并采取相应的措施，将会给高速铁路正常的行车秩序带来严重的影响，因此必须采取相应的技术手段，确保实现P波预警误报信息被及时识别和消除。本系统采用以下两种方案实现误报的识别与解除。

1)实时采集地震监测信息，监视P波预警发出后其后续S波的峰值，如果后续S波如期到来并超过设定的阈值，证明P波预警是正确的，如果后续S波没有到来或没有超过设定的阈值，则前期的P波预警即为误报。

2)通过地震部门台网(国家地震预警系统)，实时接受地震预警和地震速报信息，如果在P波预警发出120s后，没有收到国家台网的地震速报信息，或速报信息中地震的强度没有超过高速铁路地震监测预警系统设定的阈值，则前期的P波预警即为误报。

当确认所发送的P波预警信息为误报信息后，系统通过网络向影响范围内的地震监测台站、信号接口单元、车载地震装置发送预警解除信息，使得牵引供电系统、列控系统和车载地震装置采取相应措施，恢复列车的正常运行。如果影响范围超出本局管辖范围，预警信息还将被发送到相邻的铁路局，相邻铁路局按照上述原则采取同样的措施。

(6)紧急处置命令生成技术

信息处理平台紧急处置命令生成技术是通过应用服务器技术和GIS空间技术的结合起来来实现的。空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。根据作用的数据性质不同，可以分为：

1)基于空间图形数据的分析运算；

2)基于非空间属性的数据运算；

3)空间和非空间数据的联合运算。

系统采用空间和非空间数据的联合运算。其运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。目的是提取和传输地震影响范围。GIS中实现空间分析的基本功能，包括空间查询与量算，缓冲区分析、叠加分析、路径分析、空间插值、统计分类分析等。

(7)通信故障处理技术

保证稳定、可靠、实时的消息处理是信息处理平台中核心的非功能性需求，其重要性不言而喻。系统采用模块化设计方式，专门提供通信接口模块来保证稳定、可靠的通信处理。通信处理模块软件设计成集群分布，软件启动后，可以通过配置参数启动多个通信处理节点，通信处理节点常驻内存，而且，通信处理节点的数量可以任意配置在多个硬件服务器中，当一台服务器上的处理节点故障后，系统随机分配空闲的节点来接管故障节点，如果一台服务器宕机，系统可以无损失的将通信处理业务平移到无故障的服务器上。通信处理模块从软件上真正实现了负载均衡、故障无损切换的功能。总结来说，通信处理模块具有如下特点：

1)无限量外部端口接入

软件可以通过扩展硬件资源来达到接入逐渐增多的外部端口数量

2)通信接口灵活配置，随需应变

当在运营的过程中，如果需要减少或增加外部端口接入，系统并不需要修改程序，通过简单的配置就可以实现功能。

3)故障处理，在线恢复

故障处理涉及到两个方面，第一是系统软件节点本身故障时，可通过系统本身的处理机制保证软件的正常运行，并且可以进行在线恢复，另外一个方面是外部系统故障并不影响系统本身的正常运行，当外部系统恢复时，系统可以自动重连。

(8)运行维护技术

系统的后台各个软件模块：通信处理模块、应用服务模块、数据处理模块等都支持热部署技术，可进行在线升级。当进行在线部署、升级时，不影响整体业务，方便系统运行维护。

三、信息处理平台的信息处置方法

信息处理平台的信息处置方法在前文介绍相应模块的功能时已经提到，下面再做一些细化描述。

信息处理平台实时汇聚管辖范围内的地震监测台站的警报数据、省级台网中心的预警数据、速报等数据，经过处理分析，生成紧急处置命令，并向相关系统发送。信息处理平台分析地震信息，生成地震处置命令，其处理流程如图7所示：

1、地震P波预警信息处置方法

信息处理平台接收路局管辖范围内的所有线路监测台站的P波预警信息，在多台P波预警(3台及其以上)到来之前，针对任意一个台站的警报，采用先接收先处理的原则，对任何一个(或两个)台站的P波预警，通过GSM-R网络向影响范围内的车载装置发送限速指令。当接收到3台P波预警信息第一报后，计算影响范围，通过GSM-R网络发送一级限速命令到车载装置，并将警报信息发送到相邻铁路局。信息处理平台计算3台P波影响范围，将其与之前单台影响范围进行比较，通过GSM-R网络向车载装置发送范围外的误报解除信息。信息处理平台在收到多台P波预警信息时，对之后的单台P波预警不再处理。

2、阈值报警信息处置方法

信息处理平台接收路局管辖范围内的所有线路监测台站的S波警报信息，针对每一个台站报警，采用先接收先处理的原则，中心计算影响范围，并向信息处理平台影响范围内的台站、信号接口单元、车载装置发送处置指令，并将警报信息发送到相邻铁路局。

3、误报解除信息处置方法

当接收到台站或者相邻铁路局中心系统发送过来的误报解除信息后，信息处理平台根据此地震事件，查看之前发送的处置信息，根据处置信息，一一对应向并相应的目的地发送误报解除信息。

如收到P波预警后，没有收到阈值报警信息，且在P波预警发出120s后，没有收到国家台网的地震速报信息，可确定此预警为误报，路局中心系统可通过人机交互界面向相应目的地发送误报解除信息。

4、警报解除处置方法

调度人员通过地震预警维护终端发送警报解除信息，警报解除以线为单位进行发送，发送到和线路关联的台站、信号接口单元，以及地震车载装置。

5、震后恢复处置方法

在发送了警报解除信息后，调度人员可根据调度命令通过地震预警维护终端发送震后恢复信息，震后恢复以线为单位进行发送，发送到和线路关联的台站、信号接口单元，以及地震车载装置。

6、不同地震强度处置方法

铁路局中心系统信息处理平台将不同地震警报信息按三级划分，由低到高为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级警报。

1)Ⅰ级警报—P波预警预测加速度峰值大于等于40gal或阈值报警实测加速度峰值大于等于40且小于80gal。

2)Ⅱ级警报—阈值报警实测加速度峰值大于等于80且小于120gal。

3)Ⅲ级警报—阈值报警实测加速度峰值大于等于120gal。

信息处理平台针对不同级别警报，生成不同的紧急处置信息，根据地震警报级别，紧急处置由低到高划分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级处置，通过触发车载地震装置、牵引供电系统和列控系统三种方式实现，不同方式间相互独立。具体如下：

4)Ⅰ级处置—车载地震装置语音提示司机手动施加最大常用制动限速运行(暂定160km/h)。

5)Ⅱ级处置—列控系统行车控制和车载地震装置触发列车紧急制动。

6)Ⅲ级处置—列控系统行车控制和车载地震装置触发列车紧急制动，同时接触网断电。

另一方面，还基于上述方案进行了功能测试与综合试验。

一、信息处理平台的功能测试

按照《高速铁路地震监测预警系统试验实施方案》和《高速铁路地震监测预警暂行技术要求》的规定，项目组在高速铁路系统试验国家工程实验室-运调仿真试验室和综合无线通信系统实验室进行了模拟试验。试验过程中安排了大量的场景，对高速铁路地震预警监测铁路局中心系统的功能进行了全面的验证。

1、测试内容

在实验室，对高速铁路地震监测预警铁路局中心系统的功能进行静态条件下的模拟测试，验证系统功能是否满足需求及设计要求。验证内容主要包括：

(1)地震信息监控模块：1)通信链路检测；2)P波监控；3)S波监控；4)台站监控单元设备状态监控；5)路局中心设备状态监控；6)误报解除；7)控制命令下达；

8)历史数据查询；

(2)GIS综合展示模块：1)接收并显示P波报警；2)接收并显示S波报警；3)接收震后恢复消息；4)接收警报解除误报解除消息；5)台站属性信息显示；6)接收设备报警信息显示；7)接收取消设备报警信息显示；8)台站信息查询；9)国家台网属性信息显示；10)国家台网信息查询；11)根据震级显示热度图；12)根据地震时间显示热度图；

(3)GSM-R通信处理模块：1)数据处理与转发；2)紧急处置信息发送范围判断；3)车载装置位置管理功能；4)GPRS方式紧急处置信息发送功能；

5)小区广播方式紧急处置信息发送功能。

2、试验方法

充分利用高速铁路系统试验国家工程实验室-运调仿真实验室提供的平台，在实验室搭建试验平台，包括数据库服务器、地理信息服务器、接口服务器、紧紧急处置服务器、NTP服务器等。另外，系统中还引入了台站仿真模拟软件，可以模拟台站P波预警数据、台站S波阈值报警数据、台站设备工作状态数据、心跳数据、报警解除数据、台网预警数据等配合试验。在试验室静态模拟试验期间，模拟不同地震数据发送，然后按照测试案例的要求设置测试条件，按照步骤对系统功能进行测试。对测试中发现的问题进行分析，调整和优化系统的功能，最终达到验证系统功能的目的。

3、试验结果及分析

试验室静态模拟试验的测试结果详见下表：试验中对地震信息监控模块：通信链路检测、P波监控、S波监控、台站监控单元设备状态监控、信息处理平台设备状态监控、误报解除、控制命令下达、历史数据查询；GIS综合展示模块：接收并显示P波报警、接收并显示S波报警、接收震后恢复、系统复位消息、接收警报解除误报解除消息、台站属性信息显示、接收设备报警信息显示、接收取消设备报警信息显示、台站信息查询、国家台网信息查询、根据震级显示热度图等案例进行了测试，全部测试通过。

表2信息处理平台试验室静态模拟试验结果

表3信息处理平台(GSM-R通信处理)试验室静态模拟试验结果

4、平台的性能测试

采用loadrunner作为信息处理平台并发压力测试工具，本场景以数据量最大的波形数据(AD001，1536字节)作为测试数据，模拟10条线同时以0.1s的频度向系统发送数据，每秒并发量为100个连接，以每分钟触发100条AD003(地震阈值报警)，随后的5秒后触发100条AD004(P波预警)，连续测试6小时。

测试结果如下表：

表4信息处理平台的性能测试测试结果

信息处理平台总的响应时间如图8所示，可以看出，信息处理平台的响应时间都在100毫秒以内，完全满足《高速铁路地震监测预警暂行技术要求》中的150ms规定。.

二、大西地震预警综合试验

1、试验概况

信息处理平台于2015年6月1日完成了在太原铁路局信息机房的安装，2015年6月25日完成了与山西省台网中心移动专线设备的安装，2015年7月1日完成了与台网中心的信息传输试验，2015年7月12日完成了在太原铁路局行调台、电调台、工务调度、维护、相邻路局的高铁地震预警系统终端的部署。2015年7月15日开始了第一次大西高速综合试验-地震预警单台站试验，信息处理平台开始上线运行。该信息处理平台实现了实时接收忻州西牵引变电所台站、南山分区所、阳曲西牵变所、欢咀村分区所、永兴庄分区所3个地震设备厂家总共30套地震监测仪器的波形数据、设备状态数据和预、报警数据，并可对台站下发相关的控制指令。同时，信息处理平台还实时接收了山西地震局台网中心晋祠、临汾、大同3个强震台站的波形数据和山西省地震局速报数据。信息处理平台还与布设在忻州西牵引变电所台站、1#中继站、阳曲西牵变所、2#中继站、原平西2号基站的信号接口单元连通，在发送地震预警时候，给信号接口单元下发紧急处置命令，进而控制列控系统。路局中心系统还通过通信接口单元与安装在标动的4套车载装置进行实时信息传输，当有地震预警发生时，信息处理平台下发紧急处置指令，通过通信接口单元传输到车载装置上，进而控制列车的运行。系统的部署如图9所示。

2、试验结果

从2015年6月在太原铁路局信息机房进行部署开始试运行，目前已经运行一年多时间。信息处理平台自上线运行以来，一直处于平稳运行状态，各项功能指标稳定、可靠。通过近18次的地震综合试验，包括单台站测试、多台站测试、与列控接口测试、与牵电系统接口测试、与车载装置接口测试、与台网中心接口测试、相邻铁路局间接口模拟测试、全系统控车试验测试等，验证了信息处理平台信息处理平台的各项功能，其性能指标和地震紧急处置均达到了试验要求，符合预期的目标，其核心性能参数处置命令生成时间平均为20ms，满足“高速铁路地震监测预警系统暂行技术要求-铁总科技【2014】220号”中对路局中心系统200ms的规定。

因此，信息处理平台的开发、研究，实现了构建以路局为核心的高速铁路地震监测预警系统，集成既有和新建的地震预警系统，全面实现高速铁路地震灾害监测信息的集成与共享、集中管理，形成全局统一的地震监测预警中心的目标，更大程度地发挥监测预警系统作用，对研发高速铁路地震监测预警系统和保障高铁地震安全具有重要意义。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台，其特征在于，包括：

信息接收模块，用于实时接收管辖范围内现场监测设备的监测信息、警报信息与设备状态信息，实时接收车载地震装置的状态信息，实时接收相邻铁路局中心系统的警报信息，实时接收地震台网中心的监测信息、预警信息与速报信息；

信息处理模块，用于对接收到的各个信息按照时间优先顺序进行综合分析处理，以判断是否发生地震；若确认发生地震，则根据综合分析处理获得的震中经纬度、震级、震源深度、影响范围生成相应级别的紧急处置信息；

信息发布模块，用于采用GPRS或者GSM-R小区广播方式向车载地震装置发送相应级别的紧急处置信息，通过现场监测设备向牵引供电系统与列控系统发送相应级别的紧急处置信息，以及直接向管辖范围内受影响的线路以及相邻铁路局中心系统发送相应级别的紧急处置信息；

信息存储模块，用于存储信息接收模块接收到的所有信息，以及信息处理模块处理获得的信息；

信息显示模块，其包括：监测业务终端，用于实时显示信息接收模块接收到的各种警报信息、预警信息与速报信息，以及实时显示信息处理模块生成的相应级别的紧急处置信息；监测维护终端，用于显示监测业务终端所能显示的各项信息，以及系统设备与现场监测设备的工作状态信息。

误报解除模块，用于当发现误报时，向车载地震装置、牵引供电系统、列控系统、管辖范围内受影响的线路以及相邻铁路局中心系统发送误报解除信息。

2.根据权利要求1所述的一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台，其特征在于，所述监测维护终端还在相应设备发生故障时，显示相应的故障信息；所述监测维护终端，还显示车载地震装置的状态信息，并动态监测车载地震装置所属的GSM-R小区。

3.根据权利要求1或2所述的一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台，其特征在于，

所述监测维护终端，还用于在地震结束后，向外发送警报解除信息；以及，在地震结束后，当确认地震预警系统设备工作正常时，向外发送系统恢复信息。

4.根据权利要求1所述的一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台，其特征在于，

所述信息处理模块实时的根据信息接收模块接收到的信息进行计算，从信息接收模块接收到信息至信息处理模块最终成相应级别的紧急处置信息的时间≦0.1s；

所述信息发布模块实时将相应级别的紧急处置信息向外传输，其中传输至车载地震装置的时间≦2.0s，传输至相邻铁路局中心系统的时间≦0.5s，其余的传输时间均≦0.1s；

系统具有故障自检测功能及故障处理和恢复功能，各模块均采用冗余措施，系统的平均故障间隔时间≥105h；

系统支持7×24小时工作方式，在任意时刻能正常工作的概率达到99.99％。

5.根据权利要求1所述的一种高速铁路地震预警监测铁路局中心系统信息处理平台，其特征在于，

信息处理平台以GPRS方式接入到GSM-R通信系统中并预留小区广播接入方式；

信息处理平台采用冗余设置方式并配合相应的安全隔离设施与地震台网中心通信；各种信息的通信方式如下：a、地震台网中心发送的监测信息包括高铁沿线100km范围内强震台站三分向实时加速度波形数据，加速度值单位为gal，波形数据内容包括台站编码、采集日期、时间以及miniseed格式的监测数据，数据打包时间小于1s；b、预警信息为预警震级3级以上的地震预警信息，需要在5秒内将预警信息传输到信息处理平台，预警信息内容包括：震源经纬度、震源深度、预估地震震级、预警发布日期、时间、报次，以及预估铁路沿线各区间加速度分布峰值；c、速报信息为地震台网中心管辖范围内的震级3级以上的地震速报信息，需要在120秒内传输到信息处理平台，速报信息内容包括：震源经纬度、震源深度、地震震级、速报发布日期、时间与参考地名；

信息处理平台采用冗余设置方式与相邻铁路局中心系统通信，采用TCP/IP协议进行数据的传输。