一 : 高速铁路关键技术(钱清泉)

钱清泉 高速铁路关键技术(钱清泉)

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二 : 高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？

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网友蒙面大侠对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
占个坑，待会儿写
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我错了我食言了。因为电脑拿去修了，不能写个长文了。这个多少算是我的专业，所以能写出个较为完整的回答来，就等修电脑的了！
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干货来了！
对于不喜欢看文字的同学，可以直接看下面这张图，图中加了南车标志的就是南车具有知识产权的技术（PS380系列除了380D，基本上是中国自己掌握的动车技术，其中尤以380A为代表，它我最喜欢的车型）。感谢南车集团编辑@高铁见闻Sina Visitor System。
在图片之后我有简单的介绍。

动车的基本组成
1.车体
车体的作用是安装基础和承载骨架。现代动车组车体均采用整体承载的钢结构或者轻金属结构，以实现在最轻的自重下满足强度和刚度要求。
2.转向架
转向架有动力转向架和非动力转向架之分。其作用是承载、转向、减振、制动，动力转向架还具有驱动的功能。
转向架由构架、悬挂装置、轮对轴箱装置和基础制动装置等组成。而动力转向架还有驱动装置。
3.牵引传动控制系统
作用是传递能量和运行控制。
牵引传动系统主要是指列车的电气设备，分为传动电路系统、辅助电路系统和电子与控制电路系统。
主传动电路系统主要包括主变压器、主变流器、牵引电机。辅助电路系统主要包括通风冷却装置、车内供电装置。参考我的另外两篇回答目前火车是如何供电的？和电力机车的驱动电机是交流电机还是直流电机？
4.制动装置
该装置包括机械部分、空气管路部分和电气控制部分。
制动方式有空气制动和电气制动，不同的制动方式有不同的制动装置。
5.车端连接装置
该装置包括各种车购缓冲装置、铰接装置和风挡等。作用是连接车辆成列及缓和纵向冲击。
6.受流装置
动车组均采用受电弓受流器。
7.车辆内部设备和驾驶室设备
这里面就是些类似于“家具”一样的东西了，什么空调啊，灯啊，座椅啊。。。不多说


核心技术点
动车本质上是人类科学技术水平的集中体现，里面的所有设备装置都是科技在铁路运输上的应用。所以谈到动车组的核心技术，很多都是在别的地方有应用的。
动车组核心的核心是牵引传动系统
牵引传动系统直观的可以见下图
我国动车组均采用交直交传动，接触网上的交流电经过受电弓和变压器之后，被整流成直流，再逆变成交流通入异步牵引电机。我国动车组均采用交直交传动，接触网上的交流电经过受电弓和变压器之后，被整流成直流，再逆变成交流通入异步牵引电机。
弓网关系
高速列车在运行的时候，列车速度越高，受电弓与接触网的良好接触就越难实现，这就是弓网关系。
轮轨关系（转向架）
高速下，轮对与钢轨之间的蠕滑、轮轨动力学、运动稳定性、曲线通过性能，这些基本上可以归纳到转向架中。
沈志云, 张卫华. 轮轨接触力学研究的最新进展[J]. 中国铁道科学, 2001, 22(2): 1-14.
变流技术
要实现整流和逆变最根本的是器件，所以动车的运行必须要大功率的可控器件。其中以IGBT为代表。其次，逆变器和整流器的拓扑结构决定了输出的性能。再者，整流器和逆变器的控制技术也非常重要，而且控制技术牵涉到整车的运行策略和工况，难度非常高。
牵引电机控制技术
对牵引电机的控制一般是将逆变器和电机作为整体进行控制的，现在最成熟的两种控制方法一个是矢量控制一个是直接转矩控制。在具体的控制方法中，还有很多实现上的困难。在其中，会添加一些技术，比如无传感器技术，非线性解耦等。
再生制动
再生制动是一种非常环保的制动技术，它利用列车的动能发电，将电能返送到电网中去。再生制动技术本质上是控制技术，它不需要额外的主电气设备，它只是将电动机作为发电机，逆变器作为整流器，整流器作为逆变器，参照上图。再生制动技术中最主要的，是如何保证返送回电网的电能的质量。
网络控制系统和列车运行系统
动车组通常动力较为分散，设备都分布在不同的车厢上，在高速运行中，如何使设备协调工作，消除延时，这个是网络控制系统解决的。其中涉及到信号传输、通信协议、车载计算机等技术。
至于列车运行系统主要针对外部和列车的协调。这其中包括区间闭塞技术、无线通信技术。
辅助供电系统
这段不多说，详情见目前火车是如何供电的？
动车组CRH和和谐电HXD系列。动车组的牵引供电系统由接触网经受电弓到牵引变压器，牵引变压器变压后到牵引整流器，然后是牵引逆变器，最后到牵引电机。这是牵引供电系统。而车厢内照明、空气制动机和列车控制系统供电来源是由辅助变流器得到，在变压器后面有另一个绕组接出，接上辅助变流器。而控制电路和照明供电有专门的蓄电池备用。
材料技术
车窗、车体、转向架、轮对、闸瓦都需要材料技术的支撑。这个无需赘言。
高速铁路建造技术
这个归土木了，帮你一下 @徐腾飞老师。
就这样，还有的话继续补充。

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网友悦涵对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
这里主要说明我国的高速铁路和普通铁路的不同点：

1.高速铁路使用无砟轨道（在中国是设计时速超过250km/h的高速铁路使用无渣轨道，设计时速200-250km/h的客运专线很多使用的是有砟轨道）。

普通铁路轨道是在小块石头堆砌的基础上，再铺设枕木或水泥枕木，被称为有砟轨道。京沪高铁用的是无砟轨道，路基不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上，整条线路水平误差不超过0.1毫米。在轨道方面，大量采用长距离无缝钢轨。也就是在高铁上几乎听不到传统火车的哐当哐当的声音。没有了钢轨接缝，对于列车速度的提高也有帮助。而且道岔都采用高速可动心道岔。其通过速度比普通道岔高很多。且高速铁路线路弯道更少，火车尽可能的是直线。
（需要说明的是无砟轨道的技术仅日本和德国拥有，中国缺乏轨道板制造技术，遂选择引进外国技术及自主研发。）

2.高速铁路使用的列车是动力分散式动车组。
动力分布式列车是铁路列车的一种和动力集中式相对的牵引方式，特点是动力来源分散在列车各个车厢上的发动机，而不是集中在机车上，中国的“和谐号”动车组是以架空电缆方式提供电力来驱动牵引电动机的电力动车组。而普通列车是由火车头牵引的，这是动力集中式的牵引方式。

3.信号控制系统不同。
中国列车控制系统，简称CTCS，是中国铁路参照欧洲列车控制系统，并结合中国国情构建的技术体系。使用数字控制信号，比传统的模拟信号更加的精确和稳定，确保列车运行安全。

4.定价和定位不同。

P.S: 需要注意的是磁悬浮列车也属于高速铁路的一种。

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网友负二对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
对于高速铁路，我只有一点粗浅的了解，说说我了解的几点，权当抛砖引玉：

1, 对铁轨的要求肯定比普通铁路要高得多，但因为当时的历史原因，我国大部分干线铁路铁轨在修建的时候就是按照军用标准修建的，有先天优势，一下子就可以省下几百亿的投资——这也是高铁项目上马的一个重要原因。

2, 运行控制系统，这个是保证运行安全的核心，目前中国高铁使用的应当是德国技术——它与普通火车的以司机为主的控制系统完全不同，是类似于地铁系统的全数字化控制，控制中心起核心作用，司机仅作为断网或故障时的辅助控制员。

3, 转向架，因为运行速度极高，转向时离心力也比普通火车要大很多，要避免脱轨，转向架需要全新的设计。

4, 牵引电机，高铁是全电力牵引的，在长距离运行过程中，一方面要稳定输出强大的功率，但出于经济性和现实情况考虑，能耗必须降下来，对电网的负担也不能太大，于是，变压器和节能技术就变得很关键——与现今大部分混合动力汽车一样，高铁在刹车时都能将刹车动能转化为电能回收，与传统火车相比，相当节省能源。

5, 制动技术，高铁以如此高速运行，对于刹车系统的要求自然很高，而且为了降低能耗，刹车系统还需要一套能源回收系统。

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网友李慧对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
补充悦涵一些：
高铁最显著区别于普通跌路的就是速度。
随着速度的变化，其列车各部件的设计要求陡然上升。其关系一般都会超越线性变化，平方关系或者立方关系……
举个例子，铁轨一定是一段段的，不可能连续的从头到尾。那么，列车运行时经过连接处必然产生一个相对较强的震动。在列车快速运行时，产生稳定的震动频率，当速度提高时，震动频率随之增加。而对于列车与震动频率提升带来的疲劳损伤急剧增加，对列车各个部件的要求也就急剧增加。
再者，空气的阻力，随着速度增加而快速增加。对列车的外形与制造工艺提出了非常高的要求。显然对能量的消耗至关重要，也就是运营成本。
飞驰的列车，使得无辜的小鸟都成了小炮弹，抛开人为的干扰，这个自然存在的危险因素也大大增加，列车设计时也必然需要考虑。
……
高铁有许多不经意的小问题，都会对列车与铁轨的设计与制造提出极高的要求。
顺便说一句，同样是国外的技术、工艺、甚至是设备，中国人有时候随意的态度，也会导致最后的铁轨技术标准逊于国外。

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网友潘前华对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
5年前，一个偶然的机会，我帮一个就读于某铁道学院高速列车研究中心的朋友翻译一篇荷兰的高速列车建设合同中的一部分，第一次接触了无砟轨道这个事物。悦涵已经提到了，无砟轨道是除开列车车体本身以外，配套基础设施中很重要的环节。

我认为变流器技术也应该是核心技术之一，比如整流、逆变，包括其控制技术及电力电子元件的制造技术。其实，就算在诸多子领域中使用了常规原理，然而当技术指标提高到原有水平的极限时，任何应用技术都面临挑战，凡是挑战成功并且独家掌握了，那就都是核心技术了。简单举个例子，轴承在250kM/h运行速度中不是问题，但是在350kM/h下就是挑战了，还有IGCT器件、车厢共振、电流短路保护速度。

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网友知北对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
首先要明确高铁的概念，时速大于200Km/h的都可以称为高速铁路，日本的新干线是第一条高速铁路，是以它的速度来划分的啊！
有的知友说到有砟和无砟轨道，其实法国高铁就用有砟轨道，因为弹性更好，因为法国有级配较高的优等火山岩，碎石颗粒大，然后用沥青灌浇，粘和，德国是最先使用无砟轨道的，其实就是把四根混凝土枕木，做成一块、学名叫博格板。高铁修建过程最怕沉降，所以都余留有调整支座。高铁的曲线半径最小5000km 一般是8000-12000 。高铁列车对钢轨要求不是很高，目前仍然才有60轨，重载铁路，大秦线用的75轨。虽然很多技术是我们引进的啊，但是通过学习和掌握，我们是运用技术最成熟的啊。而且有点不计成本，大多以桥代路，着眼未来。
另一个技术是信号，简单说就是自动控制，其实跟普速一样，铁路信号是四现实，红 黄 黄绿 绿。是四个信号区间，四个信号区间内只有一列车，有车的区间显示红灯。技术没有多大改变，只是多用了一些电子原件代替人工。
再说列车，这个其实只要是动车组，白色的上高铁都能跑、包括普速京广陇海等铁路，部分区段都是200km/h。动车组的每个轮子都有动力荷载，跟以前，全靠车头带是不一样哦！
最后再说电力，其实跟普速也一样。都是单厢电，有一个很复杂的技术是单厢电流如何驱动电机，日本的跟德国的还不一样，载重量大的是日本的啊，6K技术很牛，司机都知道。
所以高铁的最根本还是地面路基，在此感谢那些，普速，高铁上最辛苦 最默默的线路养护人员。
不是很全面，多多指教啦！

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网友蒙面大侠对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
去年我针对高铁安全问题做了点研究，主要是研究了高铁防灾安全体系，提供一些知识点：
高铁防灾安全体系主要包括对风、雨雪、地震、异物侵限、轨温、火灾、列车防护开关和防护电话、门禁等安全监测和防护。高铁防灾安全体系也是核心技术之一，目前我国的研究基本是起步阶段，和高铁的发展相比处于滞后状态。世界高速铁路技术领先的国家，如日本、法国、德国等，均设置了防灾安全监控系统：
日本新干线高速铁路调度系统：日本新干线建有完善的防灾安全保障体系，系统具备灾害监测(地震、风冰、雨、雪、滑坡)等安全功能，使开放运营的铁路系统在信息传输上形成相对的闭环系统。法国TGV高速线综合调度系统：TGV高速线综合调度系统以调度集中为核心，依靠车地之间可靠的通信将列车、沿线设备和控制中心联系起来。沿线分布了接触网、热轴、风、雨、雪、桥隧落物等各种监测设备。德国ICE高速铁路综合调度系统：德国ICE高速列车通过LZB系统列车－地面间双向通信、险情报警信息系统(包括风、雪、塌方、热轴)、车载无线故障监视诊断系统与地面控制中心和维修中心构成集行车调度指挥、控制、故障监测、维护等功能于一体的系统。
国内技术状态：高铁防灾技术仍然处于摸索阶段，没有成熟的技术方案，各公司基本上处于较低水平，缺乏创新点，缺乏布点、预警分析理论和实践基础。目前都局限在“小防灾”阶段，主要是基于线段的风、雨及异物侵限三个监测分系统：雨量监测相对比较成熟；风监测难点在于布点方案；异物侵限不成熟，科技含量较低。其他系统：地震目前尚无成熟技术产品；门禁和火灾属于安防及暖通专业；由于无砟铁道暂不要求做轨温检测。典型研究案例：京沪高铁、京津客专、青藏铁路

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网友沈沉对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
我补充一个小小的不同点：对密封的要求很高。
要是坐过CRH1型动车的人就知道，那破车过隧道的时候，因为密封不好，车厢气压会急剧升高，耳膜疼！！！

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网友Leo对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
对悦涵表示同意，高铁的核心技术，说起来应该用4项可以包括：无砟道床、无缝轨道、CTCS、动力分散。
在铁路信号系统工作，对CTCS较为了解，内容可参考CTCS_百度百科
由于列车在区间内运行速度很快，所以车载信号机成为安全保证的主体，地面信号机进行辅助。这就要求无线技术的相应提高。无线基站现在将用于解决此类技术难题。沿铁路线设置无线基站，使用GSM-R技术，信号在线路上无缝覆盖。

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网友淡水河谷河谷对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
我到是想@ 我们学校的翟婉明、钱清泉、沈志云院士来答这道题呢，结果他们都没有注册知乎！

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网友风兰对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
高铁高铁，还是一种交通方式，本质上讲，和汽车没有区别。。。
所以，要想跑的快，就要有一条能跑的快的好的跑道，再加上一种能跑的快的火车，另外还有一套能够调度这个速度的控制系统。当然这一切，还包括一系列的辅助设备。

跑的快的就是无渣路基+无缝钢轨了。话说记得上学时有这样的一道题，说一根铁轨是50m,火车每50米就会经过接缝处，发出咣铛的响声，问听到了200次响声列车经过了多少公里。好无聊的一道题，但是这里却很有意义，比如我们用50m的钢轨，以时速300公里前进，每分钟就要前进5000m,也就是100个接缝，我想如果放在现在，那位出题的大叔还能查的过来吗？？无缝钢轨的意义就在于大大减轻列车运行时的噪音和振动，也减轻了高速下这两种现象对列车和轨道造成的破坏。无渣路基和以桥代路则大大减轻了由于路基沉降和热涨冷缩对线路造成的影响。路基都是坐在岩石上的端承桩。

然后就是车了，东方红拖开机能跑个30就不错了，要想上50最起码也要个qq好不。韶山和谐（机车）上了高铁那就是去救援了，不载客。所以就有了天朝的350系列动车组，都清一色分散动力，电气设备分配在车下，什么380abcd，都一个样子。25000v的标称网压。如果坐在一车的话，可以看到司机开车的哦。开的快故然好，还要停的下来。毕竟，铁道部不卖通往天堂的车票。援引官方，高速动车组的关键技术如下：列车牵引技术，高速制动技术，高速转向架技术，车载辅助供电，车载配套设备（空调,车门，卫生间），车载高压设备等等

然后就是列控和调度系统，叫做atp，或者ctcs，（搞不清什么区别),通号集团引进的高速列车控制系统，7.23主力黑锅，没错就是它。这套系统的稳定性和安全性其实是蛮不错的，其他不说，毕竟这么多年了。不了解也就不多说了

还有就是高铁配套的供电系统，就是车顶那条供电线及背后的变电站所，为了显得专业些，好吧，那条线叫接触网，不要为什么一条线叫网，老师就是这么教我的。。
另外还有个通信技术，现在其实高铁沿线，移动信号就挺好的，不过车上还是有一套单独的通信系统。。
就这样吧。
附送一张乌漆摸黑的动车组照片。。

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网友Froyo Su对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
最主要的三项核心技术：牵引、制动和转向架。

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网友lk2对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
同意悦涵的答案，另外高铁的动车都有ATP（Automatic Train Protection）列车自动保护装置，且比普通列车的要全面，连火警系统参数也计入其中，而不像某些普通列车基本只是控制安全速度和间距。

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网友陈智衡对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
铁路工作中，安全是最重要的大事，时速八十公里跟时速一百二十公里的刹车距离。。唔。。贪玩了，具体数据记不清楚的，是相差好多的，更不要说不小于每小时200公里的旧改铁路，或者专门修建新的线路，使营运速率达到每小时至少250公里（这点数据期末刚考过。。）的刹车距离了，甚至驾驶员用肉眼发现发现减速信号时已经晚了，先进的信号系统是保证安全运输的基本条件。

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网友张伟对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
我国的高铁技术是和动车组的引进一同购入的，主要是日本的新干线，德国的西门子，加拿大的庞巴迪，每个车型的原理大同小异，但技术和结构以及对技术要求的处理方式不同，所以不同铁路局之间的车型是不同的。因为多一种车型就需要更多的成本。而核心技术掌握在外国人和与这些公司合作生产crh系列动车组的中国铁路车辆工厂手中，都是保密技术，都是花了大价钱买的，所以你这个问题在这里是得不到答案的

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网友蒙面大侠对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
高铁风云——世界高速铁路百年史话（上）高铁风云——世界高速铁路史话（下）
这两篇文章详细阐述了铁路的发展历史，看了之后会对高铁的发展有很大的了解！
里面还有一个视频“Discovery建筑奇观：京沪高铁CRH380纪实”对中国高铁的记录，其中介绍了高铁的很多关键核心技术，建议大家看看。

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网友刘型对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
买一本《铁路选线设计》和一本《轨道工程》挑高铁部分看去吧，和普铁比较，这都是期末考试类型的问题。。。。
竟然没有学铁道工程专业的人来回答，一帮门外汉。。。。

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网友匿名用户对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
我想知道，当年的意外，真是雷公所为吗？

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网友吕伟对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
我觉得高铁核心技术还在国外吧，宣传说是国产化，但有的关键零部件是通过和外企在国内成立合资公司，在从合资公司那购买，这样就算是国产化了。中国高铁牛逼的技术在路上不在车上。

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网友Mr.D对[高铁技术]高速铁路的核心技术有哪些？和普通铁路有哪些不同？给出的答复：
字太丑所以擦掉擦掉的是额外两条：车厢密封及集便处理、高性能受电弓。我是学渣擦掉的是额外两条：车厢密封及集便处理、高性能受电弓。我是学渣

三 : 98高速铁路运行安全检测监测与监控技术_何华武

本刊特稿

高速铁路运行安全检测监测与监控技术

何华武：铁道部，总工程师，中国工程院院士，北京，100844

摘 要：高铁运行安全风险源识别、研判、防控，是确保高铁运行安全的重要技术支撑。从高铁综合检测、牵引供电检测监测、通信信号监测预警、列车运行状态监控、线路基础设施监测及环境与灾害监测预警等方面，全面介绍我国高铁运行安全检测、监测与监控关键技术，提出要不断完善高铁安全技术体系建设，增强科技保高铁运行安全的能力。

关键词：高速铁路；安全技术；综合检测；监测；监控

危及运行安全，极端情况下甚至车毁人亡，后果不堪设想。

高铁安全涉及从勘察设计、施工建造、调试验收到运营维护、检测监测、风险防控、应急处置的全过程。建设阶段要确保工程设施和设备质量，把隐患解决在运营之前。运营阶段要有效掌控固定设施、移动装备的运行状态和变化规律，形成安全风险源识别、研判、防控、整除构成的闭路循环，最大限度地防控安全风险。

针对威胁高铁运行的安全风险，充分利用各种检测、监测与监控技术，加强设施和设备、列车运行、外部环境等的安全检测、监测与监控，掌握设备运行状态，采取针对性的防控和处置措施，是确保高铁运行安全的重要技术支撑。同时，研究成果也对提升高铁勘察设计、施工建造、设备研制、建设管理水平起重要作用。

0 前言

截至2012年底，我国运营高铁里程达9 356 km，在建高铁有序、高效推进，已成为世界上高铁发展最快、规模最大的国家。高铁建设对构建综合交通体系，提高铁路客货运输能力，促进区域和城乡持续、协调发展，推进生态文明建设等作用巨大。

高铁是复杂的巨系统，任何子系统和设施、设备受自然和人为的作用，可能出现病害或故障，一旦防控环节处置不当，都可能对高铁运行品质和安全产生影响或

CHINESE RAILWAYS 2013/03

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本刊特稿

高速铁路运行安全检测监测与监控技术 何华武

1 高铁综合检测

高铁普遍采用综合检测列车进行固定设施的安全检测。我国先后研发了0号、CRH380A-001、CRH380B-002专用高速综合检测列车，加装改造了CRH2-010A、061C、068C、150C等高速综合检测列车。

综合检测列车应用当今先进检测技术，实现多项目、高速度、高精度的综合检测，每10～15 d对高铁线路固定设施检测一遍，成为保证运行安全不可缺少的重要装备。新一代CRH380A-001、CRH380B-002综合检测列车集成了轨道、弓网、动力学、通信、信号和综合系统6大系统（见图1），能够满足350 km/h等级高速综合检测。

（5）信号检测。具有轨道电路、应答器、车载ATP等技术参数检测功能。建立了轨道电路、应答器传输模型，实现轨道电路、应答器信号采集和实时分析；解决了动态无接触方式无砟轨道补偿电容状态检测难题。

（6）综合系统。具有检测列车精确定位和监测信息实时传输等功能。系统利用多种定位技术实现精确定位，实现了各检测系统的空间同步、时空校准、数据交换和集中监控。

1.2 检测数据分析处理系统

建立了综合检测数据分析处理平台，实现数据集中存储管理，通过综合分析研究，评价基础设施的运用状态，预测基础设施状态变化趋势和演变规律，提出养护维修建议（见图2）。

轨道检测轨道几何尺寸

扣件状态曲线半径

弓网检测弓网接触力重向加速度燃弧率

动力学检测轮轨力车辆动态响应构架载荷

通信检测场强覆盖服务质量电磁环境

信号检测应答器轨道电路补偿电容牵引回流车载ATP

综合系统

空间同步时空校准

数据网络与集中监控数据综合处理视频监测

图2 综合检测数据分析系统

图1 高速综合检测系统组成

1.3 基础设施专业检测

为满足线路限界、轨道状态、钢轨探伤、接触网等检测需要，配置了轨道检查车、钢轨探伤车、限界检查车、接触网检查车、电务检查车等适合各专业检测的专用检测装备。

1.1 检测系统

（1）轨道检测。具有轨距、轨向、高低、水平、三角坑等轨道几何参数检测功能。采用捷联式检测系统结构；解决了轨道长波不平顺毫米级精度检测难题；采用多维惯性基准技术实现了大半径曲线精确测量。

（2）弓网检测。具有接触网几何参数、弓网动态作用、接触线磨耗和受流参数检测功能。突破高速图像处理算法，提出非线性摄像机标定模型；实现接触网几何参数与弓网动态作用参数测量的合成。

（3） 轮轨动力学检测。包括车体加速度、轮轨作用力检测，测力轮对高精度连续测量，通过列车动态响应特性评价轨道平顺性。

（4）通信检测。具有GSM-R场强覆盖、应用业务服务质量检测及评定功能，沿线电磁环境干扰检测和分析功能。

2 牵引供电检测监测

通过高速接触网悬挂参数、弓网运行参数、接触网悬挂、腕臂结构、附属线索和零部件的检测，动车组受电弓滑板状态及接触网特殊断面和地点的实时监测，接触网运行参数和供电设备参数的在线检测等，实现对牵引供电系统的综合检测监测，为供电设备的故障分析、养护维修提供技术依据。 2.1 接触网安全巡检（CCVM）

通过便携式视频采集设备，完成指定区段接触网状态检测，分析接触悬挂部件技术状态。

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2.2 接触网运行状态检测（CCLM）

具备接触网动态几何参数测量（动态拉出值、接触线高度、线岔和锚段关节处接触线的相互位置）、接触网主要弓网受流参数测量（弓网离线火花、硬点）、接触网绝缘子的绝缘状态测量等功能。实现接触网状态的动态检测。

2.3 接触网悬挂状态检测（CCHM）

具备接触线几何参数、接触网接触悬挂、绝缘部件、线路开关、拉线、横跨、上跨桥及线夹、吊弦、定位管等技术状态检测功能（见图3）。

量、线索温度、补偿位移，监测供电设备的绝缘状态、电缆头温度等参数。2.6 系统建设规划

首先，对已有分散检测、监测设备进行功能完善、技术集成，形成分层分布式结构，使之成为具有综合处理功能的检测与监测平台，指导供电设备的日常维护和维修。第二，对各检测、监测数据库进行综合分析、专家诊断，成为具有开放式设计构架，能兼容接入其他智能检测、监测设备，保障供电设备安全运行。2.7 综合SCADA系统

主要由控制中心（CCR）、远动终端（RTU）和通信网络构成，覆盖沿线牵引变电所、分区所、AT所、开闭所和电力配电所。

系统对电气化铁路现场设备进行监视和控制，实现设备状态的信息采集、故障分析、设备控制以及故障报警等功能，高铁SCADA系统纳入综合调度系统，在线实时监控设备运行状态，以保障供电设备安全运行、故障及时有效处理。

3 通信信号监测预警

图3 接触网悬挂状态检测

3.1 GSM-R系统安全监测技术

铁路GSM-R系统除承载调度语音通信、无线调度命令和车次号信息的传送外，300 km/h及以上的高铁还承载了CTCS-3级列控业务。

（1）GSM-R网管监测。GSM-R网管可实现安全管理、配置管理、告警管理、故障管理等功能，实时监测系统设备的工作状态，并实现设备故障定位（见图

5）。

2.4 受电弓滑板监测（CPVM）

在车站、动车组出入库区域、车站咽喉区安装受电弓滑板监测装置，监测动车组受电弓滑板的技术状态，及时发现运营动车组受电弓滑板的异常状态（见图4）。

图4 受电弓滑板监测

2.5 接触网及供电设备地面监测（CCGM）

在接触网特殊断面（如定位点、隧道出入口）及牵引变电所设置监测设备，监测接触网张力、振动、抬升

图5 GSM-R网管监测界面

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（2）GSM-R系统接口监测。对GSM-R网络重要接口进行实时监测，跟踪网络接口的信令和业务数据，提供GSM-R在线用户监测、网络状况监测、网络异常事件分析、历史数据查询和综合报表生成等功能，实现CTCS-3级列控数据传输业务的信令和数据的跟踪。3.2 信号系统安全监测技术

（1）信号系统集中监测。高铁设置了全程联网的信号集中监测系统，具有自诊断、检测、报警、信息储存、状态再现等功能。

CBI（计算机联锁）、TCC（列控中心）、RBC（无线闭塞中心）以及ZPW2000轨道电路分别配置各自的电务维修机，实时显示设备工作状态、自诊断信息以及设备运行、操作信息及记录。

信号集中监测系统对道岔转撤机、信号机、轨道电路、信号电缆、电源屏等信号设备进行实时监测（见图6），与ZPW2000轨道电路及CBI、TCC、RBC等设备的维修机以通信接口方式连接，获取其监测信息，是防控行车安全风险、加强设备管理的重要行车设备。

答器、轨道电路和RBC信息，对列控车载设备进行在线监测，及时指导设备故障处理与维护。3.3 列车追踪接近预警系统

当同一线路上前、后列车距离达到接近预警条件时，列车追踪接近预警系统报警并提示司机采取相应措施。系统采用以卫星定位为主，以应答器编号信息等作为校验手段确定动车组运行位置，利用GSM-R/GPRS网络作为传输平台，实现动车组追踪接近预警功能（见图7）。

图7 列车追踪预警系统示意图

经过系统方案研究、设备研发和仿真试验，在京沪高铁及汉宜线进行实车试验验证后，正在沪宁、武广高铁试用考核，成熟后扩大应用。

4 列车运行状态监控

4.1 运行状态监控系统

系统以信息网络技术为平台，以现场总线、故障诊断、无线传输、专家系统、数据库等技术为手段，以动车组运营安全为目标，实现主要设备的状态监测、数据采集、网络传输、故障处理、远程监控、安全防护等功能，确保列车运行安全。

系统从3个层面实现对动车组的安全监控，分别为车载监控、远程监控以及地面监控。

（1）车载监控系统。主要监测动车组性能、功能及主要部件的运用状态，进行故障诊断，显示故障发生的部位和功能，实现动车组运行跟踪监控及故障报警。车载监控系统具有信息采集、信息处理、综合判断、故障安全恢复及故障数据存储等功能，提高了动车组运营安全性，便于运用和维修作业。通过布设于动车组重要部件和关键设备的各类传感器，实时监测速度、压力、应力、电流、电压、温度等参数和列车走行部、牵引传动和制动等系统的运行状态，网络控制系统将列车主要

图6 信号设备监测示意图

信号集中监测系统把传感器、现场总线、计算机网络通讯、数据库及软件工程融为一体，对信号设备实现不间断的自动实时监测，记录信号设备的运行状态，为掌握设备的当前状态和事故分析提供依据。当信号设备出现异常时，可及时进行报警，防止因设备故障或违章操作影响安全。

（2）列控系统运行状态安全监测。列控车载设备是保障高速列车安全运行的关键设备，通过列控设备动态监测系统（DMS）可实现对列控车载设备的实时监测。

DMS由列控车载信息采集装置、地面数据中心和查询终端组成，实时采集列控车载设备（ATP）、地面应

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监测设备连为一个整体。根据各类传感器的检测、监测信息进行综合诊断，确定故障等级，提示司机采取排除故障的方式，必要时提示紧急制动，实现故障隔离和故障导向安全目的。

（2）远程监控系统。车载信息采集设备采集车载网络控制系统中的运行状态数据及故障报警信息，将动车组运行位置、速度、牵引、制动、轴温等安全信息及客服设施信息，利用GSM-R/GPRS无线传输网络实现车载信息落地和远程传输，实时掌握动车组状态及故障情况，实现运营动车组安全状态的远程监控（见图8）。通过远程监控实现地面中心实时掌握动车组故障情况及工作状态，为故障的应急处置提供技术支持，也为动车组安全运营及高效检修提供技术保障。

图9 动车组运营维护系统管理信息系统界面

目前，动车组运用维护信息管理系统已在铁道部、12个铁路局、7个动车（客车）段、31个运用所及4个主机厂实施运用，基本覆盖全路的动车组运用检修信息共享及技术管理平台，实现了动车组全路调配运用和网

铁道部客户端

GPS

移动基站

铁道部通信服务器

/GSM

铁道部信息安全平台

络化维修管理，为动车组安全运用和维护提供了技术支撑。

（3）动车组轮轴探伤。轮轴探伤是动车组检修最为重要的内容之一，车轮主要缺陷分布为径向、周向和斜向。研究表明，径向缺陷扩展速度快，几千到几万公

－R

GP

运用所WLAN接入点

RS

铁路局客户端

WLAN手工转储

运用所通信服务器

运用所服务器

运用所（基地）

客户端

里就可能崩裂；周向缺陷几万公里可形成较大辋裂。

目前，已建成较为完善的轮对探伤体系。空心轴探伤：结合专项修每6万～40万km进行探伤；LY：踏面诊断装置，每次入库动态检测轮对；LU：轮辋轮辐径向、周向缺陷探伤，每18万～24万km在线检测；LA：功能同LU，高级修时落轮检测。只要严格按周期、按量值要求探伤，可有效预防缺陷轮对上线运行。

图8 动车组远程监控系统示意图

（3）地面监控系统。在车载监控和远程监控的基础上，正在积极推进动车组运行安全地面监控系统研究，在高铁进出站、动车所进出库等咽喉地段安装地面监控系统，综合识别途经动车组的图像、声音和温度等，判断动车组运行是否正常，确保动车组运行安全。4.2 动车组运用维护

（1）动车组运用维护体系。动车组实行预防性维修体系，分定期维修和状态维修两种，对重点设备如轮对进行定期探伤，确保动车组性能和运行安全。

（2）动车组运用维护信息管理系统。系统以运用、维修、技术、物流4类业务为主线，包括调度、作业、技术、设备、安全、质量管理和动态监控等应用子系统，分为配属、履历、大部件、计划和故障5大模块，形成覆盖铁道部、铁路局、动车段、运用所及主机厂的四级框架体系（见图9）。

5 线路基础设施监测

5.1 轨道结构状态监测

（1）无缝线路钢轨受力状态在线监测。存在断轨、胀轨风险的严寒、高温地区，可通过对无缝线路钢轨温度、位移、应力等参数的监测，对无缝线路钢轨受力状态进行分析预警。

（2）道岔和伸缩调节器运用状态监测。通过对钢轨纵向力、纵向位移、尖轨及心轨转换状态、密贴状态、几何形位的在线监测，确保道岔和伸缩调节器运用

安全。

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5.2 路基沉降变形监测

对路基工后沉降仍未稳定的软弱地基地段和不同结构物过渡段设置沉降观测点，实时监测路基变形，为线路行车安全及路基病害治理提供依据。5.3 复杂结构桥梁健康监测

复杂结构、特殊结构桥梁建立监测系统，对结构变形、振动特性、温度、支座、基础沉降等参数进行监测，为线路行车安全提供保障（见图10）。

6 环境与灾害监测预警

我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一。灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成损失重。如何最大限度地预防和减少各类自然灾害对高铁安全的影响，是铁路技术创新必须长期关注的一项重大课题。 6.1 综合视频监视

系统对重点监视目标和重点治安防范区域进行实时

监视，具有视频图像的实时监视、存储、回访、云镜控制、视频分发/转发等功能。 6.2 大风监测报警

在风速超过15 m/s的地区设置风速风向监测点，桥梁、高路堤等区段监测点平均

192.168.0.100

车载接收

测试系统

测试人员

无线局域网

测试设备

应变片

891拾振器

位移计

192.168.0.1

192.168.0.200

实时分析

间距5～10 km，山区垭口、河谷等区段平均间距1～5 km。风速风向计安装高度为轨面以上4 m。

根据实时监测风速的分析处理，为动车组运行提供大风报警信息。环境风速≤20 m/s，运行速度≤300 km/h；环境风速≤25 m/s，运行速度≤200 km/h；环境风速≤30 m/s，运行速度≤120 km/h；环境风速

接收数字信号

接入桥盒

IMC采集仪

发射数字信号

无线传输远程控制

同步

GPS对时

图10 桥梁结构健康监测系统

>30 m/s，严禁动车组进入风区。

6.3 雨量监测报警

沿线设置雨量监测点，布设间距一般15～25 km，可根据沿线地形、地貌及地质条件进行调整，对高路堤、深路堑、隧道口等特殊地段应重点考虑。

艰险山区铁路易发生滑坡、泥石流及危岩落石的地段配套设置地面雨量监测系统，提供降水量实时监测及报警信息。6.4 雪深监测报警

在降雪频繁，积雪深度较大的地段设置雪深监测点，提供积雪深度实时监测信息，重点考虑对深路堑、风吹雪地段的监测。

6.5 上跨铁路桥异物侵限监测报警

在上跨铁路桥设置异物侵限监测报警系统，监测到侵入铁路限界的异物时发出报警信息并触发列控系统动作。

6.6 地震监测报警

我国是世界上地震活动最强烈和地震灾害最严重

5.4 特长隧道安全监测

特长隧道设置防灾救援监控系统，对隧道内通风、照明、消防设备进行监控，复杂地质隧道设置衬砌结构变形安全监测系统，对隧道衬砌变形及运用状态进行监测。

5.5 大型客站结构健康监测

通过对复杂结构的物理力学性能进行无损监测，实时监控结构的整体行为，对其服役状态、可靠性和承载能力进行评估，在突发事件或结构使用状况异常时触发预警信号，为结构维修养护及异常情况的应急抢险提供依据。

结构健康监测主要包括外部荷载作用和结构反应两部分。外部荷载作用主要为地面加速度、风环境及结构表面风压等，结构反应主要为结构应力、变形、振动加速度、表面温度、表面裂缝等。目前，针对北京站无站台柱雨棚、上海虹桥站超长梁等开展了结构健康监测试验应用。

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的国家之一，陆地大部分地区位于地震烈度Ⅵ度以上区域；50%的国土面积位于Ⅶ度以上高烈度区域，地震及其诱发次生灾害对铁路运行安全构成很大危害。

我国铁路建设在做好高铁抗震设计的同时，构建先进可靠的地震安全监测预警系统，进一步提高防震、预警和减灾技术水平。针对高铁地震预警技术开展了大量研究，按线推进高铁地震预警系统建设。

在京津高铁沿线设置6处地震监测点，每个监测点装设两套强震监测设备，数据处理设备设置在永乐中心，监控中心设置在北京调度所京津调度台。在京沪高铁沿线设置31处地震监测点，每个监测点设两套强震监测设备，数据处理设备分别设在天津西、济南西、蚌埠南、南京南车站，监控中心设在北京、上海调度所。地震监控系统监测到40gal及以上地震动加速度时，通过触发与牵引供电系统的接口，使地震影响范围内的牵引变电所停止供电，通过触发与列控系统的接口，控制地震影响范围内的列车进行紧急制动，并向监控中心发出报警信息。

为进一步完善高铁地震监控系统技术，2012年2月22日，铁道部、中国地震局共同签署了“关于共同推进高速铁路地震安全战略合作协议”。会议明确，中国地震局加快推进地震监测预警信息服务能力建设，为高速铁路地震监测预警系统提供预警信息，铁道部加快推进地震紧急自动处置系统建设，提升高速铁路应对地震灾害能力。

6.7 高速列车防脱线技术

随着列车运行速度的提高，列车与轨道的动态相互作用及空气动力效应显著加剧，轮轨关系更加复杂，高速列车一旦发生脱轨，巨大的能量将造成灾难性的后果。尽管高铁在动车组、基础设施以及运行管理上采取了更加安全可靠的技术措施，但由于各种复杂的运行条件，特别是地震动力作用，高速列车的脱轨事故仍有发生。

在最大程度地减少列车脱轨事故发生的同时，如何在脱轨事故一旦发生后确保动车组脱轨不脱线，避免引发灾难性的危害，是一项极其重要的安全防控措施。

借鉴国外防脱线技术和经验，铁道部正在开展高速动车组防脱线安全技术研究，以最大程度地减少列车脱线造成的危害。

（1）防脱线措施研究。通过对列车最不利工况的运行模拟研究，确定了列车脱轨等异常荷载对钢轨倾翻的动力作用，提出了提高钢轨抗倾翻能力的技术措施和适合我国防脱线安全装置。

（2）提高钢轨抗倾翻能力研究。包括高铁无砟轨道和有砟轨道既有扣件条件下钢轨的抗倾翻能力研究，列车脱轨等异常荷载对钢轨倾翻作用研究，加强钢轨抗倾翻能力的技术措施研究等。 6.8 地质灾害监测报警系统

山区铁路地质复杂，滑坡、泥石流、崩塌落石等地质灾害发育。在全球气候变化背景下，极端天气事件发生的几率进一步增大，局部强降雨引发的山洪、滑坡和泥石流等地质灾害将更趋频繁。

为提高铁路地质灾害的防治水平，需进一步完善艰险山区铁路洪水、滑坡、泥石流、崩塌落石等地质灾害监测报警系统。

7 结束语

目前，我国已是高速铁路大国，但运营时间不长，运营经验尚在不断积累，加之投运规模快速扩充，充分用好各种检测、监测、监控技术，千方百计做好高铁安全风险防控是我们的首要工作。铁路部门要深刻认识高铁安全管理特点，全力推进安全技术创新，不断完善高铁安全技术体系建设，增强科技保高铁运行安全的能力，确保高速铁路持续安全稳定运行。

责任编辑 杨倩

收稿日期 2013-03-06

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本文标题：高速铁路技术-高速铁路关键技术(钱清泉)
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