任务4地震监测子系统

1、石家庄铁路职业技术学院教案首页课程名称高速铁路安全与防灾技术编号9学习单元任务5-4地震监测子系统教学目的与要求知识目标：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。授课方式板书多媒体仿真演示实物演示分组讨论学生操作VVVVV教学资源教材、教案、PPT、仿真软件操作、习题、现场图片、相关文件和规早制度重点难点重点：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教学进程安排复习5分钟讲课40分钟小结5分钟上机操作40分钟任课教师

2、编写日期年 月曰石家庄铁路职业技术学院教案【新课内容】任务5-4地震监测子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VII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。高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

3、策依据。这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、地震报警相关概念1. 地震动加速度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，1 Gal=1 cm/sec2。地震动加速度有时也用重力加速度单位（g）来表示。在地震工程中一般约定 1g=1000Gal。2.S报警和P波预警地震报警系统主要指S波报警，也即拾捡地震动S波的加速度值，进行报警。 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.

4、 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，用地震动峰值加速度值来表示。基于工程基础设施的最大动力响应系数 D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40GAL4. 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公里 地震发生时，地震监测点的控制范围。目前规定上下行30公里。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

5、点判定，将来根据实际情况将考虑采用单点判定。二、高速铁路地震系统构成中心交换机监控终端通信基站机房汇聚层以太网监控单元RS232 串RS232串口传输网以太网监控单元现场地震 监测设备牵I强震记录器地震传感器强震记录器地震传感器地震传感器地震传感器变 电 系强震记录器-美国凯尼8通道记录器 BASALT注：红色虚框中的牵引变电所和列控为模拟设备三、地震监测系统功能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0.04g时，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

6、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波信息功能；条件 具备时，实现P波预警。四、地震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、地震监测方法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。其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， 针对铁路沿 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、

7、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，当监测系统检测到地震发生并达到报警闭值后， 通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，设在离铁路线50 一 60km以外的监测点，检测到危险强度的地震波时，可提前 10 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

8、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，SAS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（Urge ntEarthquakeDctectio nan dAIsystem）是目前较先进的铁路地震预警系统。 这是一个利用地震 P波和S波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

9、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。UrEDAS在检测到地震P波后的35 内估算出震中方位、震级、震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30套UrEDASS 统。六、报警及列车运行控制方式对于高速铁路地震监测系统，报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

10、：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；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， 目前一般都采用前2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：表4.3新于线和地中海线地虎报警方武比较日本新干线法国地中海线控车方式向牵引供电系统发出控制信息停止

11、供电1列车立即制动向列控系统发出停车信号报警主体沿线地蛊仪判别地震真伪后直接 控制牵引供电系统，无须调度中 心确认马赛控制中心根据沿线地震仪信号经 国彖验诬中业验证话向列控系统发出 控制信号监測点设置较为简单，设置在韋引变电所较为复杂1临须单独炀建站房控制信号传 输直接控制，传输环节少，可靠性 髙需经沿线远程传输至控制中心、目霊 经国家地護认证中心认证地靈真伪， 再通过控制中心传输至列控系统，传 输环节过多优点資全性高、实时性强，能在监测 到地雀的第时间控制列车制动报警准确率高缺点如果判别不准，可能发生误报延时长，实际上不具备实时紧急处理 的功能地震后列车继续运行直到区 间信号灯处由于列控系统

12、安全性要求很高，直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。石家庄铁路职业技术学院教案列车停止刿斷糸统中转站口N I I地靈预报中心r所卩液纵波） ft km/s电力调度£aSxNTT端子二5斷路器！用于控制的地軽计用丁显示 的地蔭汁s波（横波4 km/sr设硒调度停止供葩歹u车停止图丄2紧急地震检测和预警系统示恿图七、报警闭值的设定与监测点设置高速铁路地震监测系统报警阈值 EAT（Earthquake Alarm Threshold）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

13、度限值；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值A取为120Gal;在获得95y0保证概率下，动力响应系数 D的取值为2.55。与此可得EAT忽 47Gal,出 于高速铁路报警安全的考虑，建议 EAT取 45Gal。根据我国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。因此高速铁路、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相当于震级烈度 VII级、0

14、.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 ZOOkln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 40 一 50米外。而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级且距线路40Okm范围内大震震中 位置附近，选取地表基岩处设置。铁路沿线地震监

15、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，建议地震监测点的设置间距为 20 一 30km表2发生地震时列车运行规则及其他 （山阳新干线）一日本新干线安全对策概要 ”（1999年12月日文版）。感震器 最大值/Gal判定震度运行规则紧急巡检提 速停车限速地面巡检添乘巡检30 km/h70km/h70km/h>40<803以下*感震

16、器监管范围内70km/h以下，但判定震度未 明确前30 kin/h以下，特例30 kin/h 以下无；特例时同限速”区间设备电气设备4以上感震器监管范围内30km/h以下，但有设备及电 气人员添乘70 km/h以下，特例30 kin/h以下特例时同限速”区间设备电气设备电气设备>40<1203以下同上同上设备电气设备电气设备4感震器监管范围内感震器监管范围内，有设备、电气人员添乘 70 km/h以下，特例30 km/h以下停车区间的特定地 占 八、同上设备电气设备电气设备5以上同上同上停车区间同上设备电气设备电气设备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气设备电气设备表3发生地震时列车停车后的运行规则（东北、上越、长野新干线）Gal值（沿线）行车规则紧急巡检停车限速徒步巡检添乘巡检80 Gal以下根据调度员的命令恢复运行无无80Gal以上,120 Gal以下超过80 Gal的感震