运行环境异常，高铁事故偶尔突袭，难道是我国“侵限监测”不行？

在保障高铁运行环境侵限监测领域，已有综合视频监控系统、高速铁路自然灾害及异物侵限监测系统、周界入侵报警系统和线路障碍自动监测报警系统，

本文针对高速铁路当前建设的各类安全防护检测系统的构成和功能、部署情况、存在问题等方面分别进行了阐述。希望对高铁运行环境侵限监测的现状有一个全面的介绍，方便专业人员后期更好完善列车运行环境的安全保障！

综合视频监控系统

1）系统构成与功能

铁路综合视频监控系统是根据铁路行车指挥、生产组织、客货运输服务、作业监控、抢险救援以及治安防范等需要，应用音视频监控、通信、计算机网络等技术，构建的具有音视频数据采集、传输、交换、控制、显示、存储、处理功能的监控系统。

综合视频监控系统采用线路车站）、铁路局和国铁集团三级架构实现，由视频节点包括核心节点、区域节点、I类视频接入节点、II类视频接入节点）、视频汇聚点、视频采集点、承载网络和视频终端组成，综合视频监控系统在车站级设置II类视频接入节点。

根据不同铁路线路设置I类视频接入节点，I类视频接入节点接入铁路局视频区域节点，区域节点接入国铁集团视频核心节点，视频I类接入、区域、核心节点分别对接基层、铁路局、国铁集团用户。

综合视频监控系统采用铁路综合视频专网承载，系统的安全保护等级为第三级。综合视频监控系统结构如下图所示。

2）系统部署情况

高速铁路安全防护设计规范》TB10671-2019）中规定，视频采集点应覆盖高速铁路车站、区间、设备机房，其中区间视频覆盖范围包括公跨铁桥梁、隧道洞口、桥梁救援疏散通道、治安防范重点地段及其他需要重点监控的区域。

本文针对京张、广深港、西成高铁区间的视频监控采集点调研情况，如下表所示。

3）存在问题

目前，视频监控系统主要用于实时记录和事后调查，未实现对线路环境安全的实时监测和主动防护。部分线路进行视频智能分析侵限监测试验中，白天与夜晚检测率并不相同，夜晚场景检测率下降。且大小目标检测能力有所差异，小目标检测难度大。

此外，利用视频监控系统中部分摄像机识别非法目标也存在一定的问题，如京张高铁沿线的部分摄像机因距离、角度、遮挡等原因，较难直接识别侵入的目标，如下图所示。

高速铁路自然灾害及异物侵限监测系统

1）系统构成与功能

高速铁路自然灾害及异物侵限监测系统是两级架构，主要包括铁路局中心系统、现场监测设备。现场设备实时采集高速铁路沿线的风、雨、雪、地震及异物侵限现场数据。

同时系统接收既有灾害监测系统、相邻铁路局中心信息及地震、气象等相关部门系统信息，进行数据分析及处理，为铁路工作人员提供有效的监测、报警及预警信息。

根据规范要求，灾害监测系统应实现与铁路防洪管理信息系统、综合视频监控系统、运营调度管理系统等的信息交互。系统的安全保护等级为第三级。

灾害监测系统的异物侵限监测功能通过监测异物侵限监测点双电网的实时状态，发现异物侵限灾害报警。

当单电网断开时发出设备故障报警，当双电网断开时发出异物侵限灾害报警。其监测对象主要为上跨高速铁路的道路桥梁的落物。其系统架构如下图所示。

2）系统构部署情况

目前，高速铁路建设中，公跨铁桥均设置了异物侵限监测设备，京张、广深港、西成高铁异物侵限监测点的部署情况，如下表所示。

3）存在问题

现阶段，异物侵限监测功能主要用于监测上跨铁路的道路桥梁的异物侵限，其监测场景专一，对于越过电网直接坠入高速铁路净空的目标或者无法触发报警阈值的小物体无法探测。

线路障碍自动监测报警系统

1）系统构成与功能

线路障碍自动监测报警系统是运用激光扫描技术对铁路沿线设定的监测范围进行实时监测，发现障碍物自动报警的系统。

系统由现场设备和监控中心组成，现场设备包括数据采集装置、数据处理装置、数据传输装置、报警装置，实现数据的采集、分析判断、数据通信和声光警示；监控中心包括服务器、监控终端等，实现现场设备参数设定、状态监测、报警信息处理等功能。

系统基于激光扫描技术，对轨面上方一定高度进行实时扫描，可监测轨面以上70mm、投影长度不小于200mm的障碍物，并自动报警。

报警形式包括喇叭警示、无线列调语音报警、报警灯对接近列车亮红灯）报警、对工务人员发出短信报警、监测终端报警等。其系统架构如下图所示。

2）系统构部署情况

线路障碍报警系统适用于采用列车无线调度通信系统的普速铁路，北京、西安、南昌、广州等铁路局的一些普速线路多发生落石区域部署了该系统，高速铁路目前没有部署该系统。

3）存在的问题

线路障碍报警系统技术条件中规定的单套设备的年误报率为不大于20%，目前尚未部署在高铁线路，若实际部署运用在高速铁路，误报较高会对高铁运行秩序带来较大的影响。

周界入侵报警系统

1）系统构成与功能

周界入侵报警系统对高速铁路沿线桥头、隧道口、路基路段等易进入区段的人员穿越、翻越、破坏等入侵行为进行监测，及时、准确向相关部门发送报警信息，对报警信息进行处置，保障列车运行安全。周界入侵报警系统采用监测中心、现场监测设备两级架构。

现场监测设备根据实际情况配置，对非法入侵行为实现实时监测、判识、报警，准确提示入侵位置，联动摄像机实现远程监控，供相关部门快速掌握现场情况。

监测中心以路局为单位设置，对管辖范围内现场监测设备发送的报警信息、设备状态信息等进行采集、处理、汇总、统计分析，并对辖区接入设备进行统一配置管理。

周界入侵报警系统基于不同技防的时段进行试验或试用，包括视频图像、振动光纤、微波阵列、脉冲电子围栏、光波对射、雷达、复合传感等探测设备，实际应用时可根据需要采用一种或多种技防手段。

周界入侵报警系统采用铁路数据通信网承载，系统的安全保护等级为第三级。周界入侵系统架构如下图所示。

2）系统构部署情况

高铁周界入侵报警技术应用研究始于2014年兰新二线试验。近年来，北京铁路局、广州铁路局、上海铁路局等单位组织开展了京石、武广、海南东环、沪杭等线路的周界入侵报警试点工程及安防相关应用，试验监测手段包括带模式识别的视频监控、振动光纤、电子围栏等。

近期，银西客专工程项目中，陕西段西安北、咸阳北、礼泉南、乾县、永寿西、彬州东等车站站区部署了周界入侵系统，用于防范站区的非法入侵行为。

3）存在问题

周界入侵报警系统的设计是用于监测非法人员入侵行为，不同原理的周界入侵报警系统虽各有优缺点，但尚未有某一类系统在监测效果与成本之间达到了较好的平衡；目前高速铁路正线上暂未没有正式的工程项目，尚未发挥其对高速铁路线路环境安全监测作用。

高铁运行环境限界监测系统分析

伴随我国高速铁路建设，针对高铁运行环境对行车安全的影响因素，我国高速铁路运营及管理部门相继建设了一系列安全监测系统，

包括综合视频监控系统、自然灾害与异物侵限监测系统、周界入侵报警系统、线路障碍自动监测报警系统等，这些安全监测系统对保障高速铁路行车安全发挥了重要作用，但也存在一些不足，主要表现在：

1）单一技术具有局限性。在周界入侵监测技术在铁路试验结果中，单一技术很难实现全时域鲁棒性监测。

2）部分典型场景缺乏监测方法。异物侵限监测系统只部署在上跨高速铁路的道路桥梁，通过双电网监测，只能检测接触到异物。针对隧道口易发生的落石侵限监测缺乏监测方式。

3）复杂环境目标识别率低。高铁沿线复杂多变，夜晚等低照度场景会降低视频监测图像质量，目标在图像上出现模糊等情况。同时距离摄像机不同远近的目标，在图像上成像大小不同，远距离目标成像较小。这些问题致使基于视频的检测算法识别率较低。

基于上述分析，并考虑铁路工作人员对列车运行环境掌控的迫切需要，应充分利用既有监测系统的监测信息，发挥安全防护作用，特别是高速铁路沿线视频监控信息。

因此，应研究充分利用现有监测系统信息源的危险目标自动识别技术，实现危情的自动报警，主动提示铁路工作人员确认危情并采用应急处置措施；同时，为了进一步提升危险目标自动识别可靠性、准确性、稳定性，应研究多源融合的危险目标识别技术。

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