鐵路防災系統(tǒng)中風雨報警判斷的算法實現(xiàn)

王大衛(wèi)，白廣爭

（西南交通大學信息科學與技術(shù)學院， 成都610031）

鐵路防災系統(tǒng)是對危及列車運行安全的自然災害（風、雨、地震、異物侵限等）進行實時監(jiān)測；對各種監(jiān)測信息進行分析、處理、匯總，判定設(shè)備安全隱患、災害及故障的類型、性質(zhì)和級別；實時顯示經(jīng)處理后的信息及災害預警、限速、停運、恢復運營等處理建議，為運營調(diào)度中心調(diào)整運行計劃，下達行車管制、搶險救援、維修等指令提供依據(jù)。風、雨災害是鐵路防災系統(tǒng)中最常見的自然災害，對此數(shù)據(jù)信息的分析判斷是鐵路防災系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的重要部分。

1 報警閾值的設(shè)定

所謂報警閾值，就是達到某一個報警級別時的數(shù)值。報警閾值設(shè)定是否合理，直接關(guān)系到報警判斷的質(zhì)量。

1.1 風速報警閾值的設(shè)定

在借鑒國外報警標準的基礎(chǔ)上，目前暫時按照《京津城際鐵路技術(shù)管理暫行辦法》（鐵科技〔2008〕99號）第170條規(guī)定進行報警閾值判斷：列車在環(huán)境風速（以下同）不大于15 m/s時，發(fā)出正常信息；風速不大于20 m/s時，發(fā)出四級風速報警；風速不大于25 m/s時，發(fā)出三級風速報警；風速不大于30 m/s時，發(fā)送二級風速報警；風速大于30 m/s時，發(fā)出一級風速報警。

1.2 雨量報警閾值的設(shè)定

雨對列車運行的危害有著不同于風的特點。一般而言，雨持續(xù)時間長，對列車運行造成危害的是積累的雨量，而不是瞬時的雨量。所以對雨量閾值的設(shè)定需要根據(jù)雨的這個特點，設(shè)定出合理的閾值。

根據(jù)《京津城際鐵路技術(shù)管理暫行辦法》標準，采取小時降雨量+24 h降雨量監(jiān)測報警：小時降雨量大于30 mm、24 h降雨量小于150 mm時為三級報警，小時降雨量小于30 mm、24 h降雨量大于150 mm時為二級報警，小時降雨量大于30 mm且24 h降雨量大于150 mm時為一級報警。

2 報警判斷

2.1 風速報警判斷

現(xiàn)實中的風很多是瞬時的，風速也多是波動的，我們采集到的風速可能是某一時間的瞬時值。當風速在報警閥值附近短暫或頻繁波動時，如何濾掉瞬時風速報警，避免誤報，是需要研究的問題。本文的解決方案是當風速達到報警臨界值時，并不立刻報警，而是經(jīng)過一定判斷后再進行報警。這種判斷的核心思路是：判定瞬時風速后還要結(jié)合前幾秒的風速數(shù)據(jù)共同來判定是否進行報警，結(jié)合前幾分鐘的數(shù)據(jù)來判定是否解除報警及是否降低報警，即要看此時風速的趨勢，而并不針對該瞬時風速值作為單一的報警條件。

風速報警判斷流程圖如圖1，圖中報警等級LV分為0、1、2、3、4，分別對應無報警、四級報警、三級報警、二級報警、一級報警。

圖1 風速報警判斷流程圖

2.2 雨量報警判斷

雨量報警相對而言要簡單一些，因為雨量和風速不同，短時間的大雨只要積累的雨量足夠大，也足以形成報警，不需要也不能過濾掉，所以報警可以完全按照采集到的雨量數(shù)據(jù)進行雨量報警。因為積累的雨量不會在短時間內(nèi)消失，所以解除雨量報警的時機應該多延遲一段時間，該時間在文中設(shè)定為小時降雨量與24 h降雨量均低于報警值時解除報警。

雨量報警采用24 h降雨量加小時降雨量監(jiān)測報警，所以雨量報警等級和報警判斷要綜合考慮24 h降雨量和小時降雨量，其報警判定流程圖如圖2。

圖2 雨量報警判斷流程圖

3 報警判斷的軟件實現(xiàn)

本文以VS2008為開發(fā)平臺，采用C#語言開面向?qū)ο笳Z言，代碼規(guī)范，使用方便，開發(fā)效率高高。

3.1 設(shè)計方案

由于不具備采集實際風雨數(shù)據(jù)的條件，本軟件采取人工輸入數(shù)據(jù)的方式來提供數(shù)據(jù)。為了更接近自然風的數(shù)據(jù)，本軟件的風速數(shù)據(jù)輸入采用范圍值，即通過輸入風速上限和下限來提供風速上下限之間的隨機風速值。實際情況中雨量數(shù)據(jù)的采集需要很長的時間，本軟件為便于實現(xiàn)與驗證，故采取輸入小時降雨量的方法提供雨量數(shù)據(jù)?？紤]到實際采集到的雨量值都是積累值，即一定時間的降雨量，所以此方法具有很高的實用性。按照一般報警顏色的設(shè)定，本軟件將4個風速報警等級的顏色依次設(shè)定為藍、黃、橙、紅，危險等級依次遞增，綠色表示無報警。3個雨量報警等級分別用天氣預報中的小雨、中雨、大雨圖標表示，危險等級依次遞增，無報警為晴天圖標。軟件界面設(shè)計如圖3。

3.2 軟件實現(xiàn)

由于風速信息涉及到時間，所以將風速信息封裝成一個類WindData，此類包含風速信息和收到風速信息的時間信息。為了方便處理數(shù)據(jù)，建立了以下List列表：

List Wlist = new List

圖3 風雨報警判斷初始界面

();

List Wlist0 = new List

();

List Wlist1 = new List

();

List Wlist2 = new List

();

List Wlist3 = new List

();

List Wlist4 = new List

();

List Rlist=new List();Wlist為所有收到的風速信息的List，Wlist0為收到的小于15 m/s的風速信息List，Wlist1為收到的小于20 m/s的風速信息List，Wlist2為收到的小于25 m/s的風速信息List，Wlist3為收到的小于30 m/s的風速信息List，Wlist4為收到的大于30 m/s的風速信息List，Rlist為收到的雨量數(shù)據(jù)List。

每次接收到瞬時風速數(shù)據(jù)時，首先建立一個WindData類的實例：

WindData wd = new WindData();

然后給此實例的風速信息和時間信息賦值，風速信息即為收到的瞬時風速數(shù)據(jù)，時間信息即為當前時間。然后將此實例添加到WList中：WList.Add(wd)，再根據(jù)此實例的風速大小將此實例添加到WList0～WList4中的其中之一中。

當進行風速報警判斷需要統(tǒng)計某段時間內(nèi)不同報警等級的風速次數(shù)時，用foreach語句檢索各個List中的成員，當此成員的時間在之前某段時間內(nèi)時，統(tǒng)計量加1。最后通過統(tǒng)計量按照判斷流程得出風速報警等級。

每次接收到小時降雨量rain時，將其添加到RList中：RList.Add（rain），當進行雨量報警判斷時，首先判斷當前小時降雨量，再判斷RList的前24 h降雨量之和（即24 h降雨量），最后結(jié)合2次的判斷得到降雨量報警等級。

3.3 實現(xiàn)驗證

風速范圍設(shè)定為24 m/s～31 m/s，這個范圍的風為12.5%的三級報警風、12.5%的一級報警風和75%的二級報警風，濾除少量瞬時的三級報警風和一級報警風，風速報警應為二級。連續(xù)輸入5次31 mm的小時降雨量后，24 h降雨量為155 mm，此時雨量報警等級應為一級。判斷界面如圖4。

圖4 風雨報警界面

4 結(jié)束語

本文參考《京津城際鐵路技術(shù)管理暫行辦法》，提出了一個鐵路防災系統(tǒng)中風雨報警判斷的算法，并用計算機語言實現(xiàn)了這個算法，具有較好的實用性。為驗證實現(xiàn)的正確性，設(shè)計了一個簡單的界面來顯示判斷結(jié)果。由于采集實際數(shù)據(jù)的代價高，耗時長，本設(shè)計的數(shù)據(jù)采用人工仿真輸入方法。

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