普速鐵路雨量監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

劉 洋

劉 洋:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 助理工程師300251 天津

普速鐵路雨量監(jiān)測系統(tǒng)是為了防止汛期鐵路沿線艱險(xiǎn)山區(qū)、路基地段發(fā)生滑坡、泥石流及危巖、落石、崩塌等對鐵路行車安全造成嚴(yán)重影響，而設(shè)置的對降雨量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的系統(tǒng)。主要服務(wù)于各鐵路局工務(wù)處、防洪辦等部門，為雨天實(shí)施列車限速運(yùn)行、行車管制等預(yù)案提供科學(xué)依據(jù)。按照鐵建設(shè) ［2012］ 149號文《鐵道部關(guān)于鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)設(shè)施設(shè)置要求的通知》，各鐵路項(xiàng)目雨量監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)已逐步開展，本文就目前普速鐵路雨量監(jiān)測系統(tǒng)可采用的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討，并對各方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行論述。

1 現(xiàn)場雨量監(jiān)測點(diǎn)布點(diǎn)原則

根據(jù)鐵路運(yùn)營對雨量監(jiān)測的實(shí)際需求，以及工務(wù)處、防洪辦等部門依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)給出的建議，雨量監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場雨量監(jiān)測點(diǎn)的布點(diǎn)原則:①沿線工務(wù)工區(qū)所在地;②臨近路堤、路塹及隧道口等易產(chǎn)生塌方、水沖線路的處所;③松軟土質(zhì)、不良路基、浸水路堤，以及路、橋、隧相連處;④根據(jù)沿線地形、地貌以及地質(zhì)、植被情況確定的特殊地段;⑤連續(xù)路基地段，有砟軌道線路等。雨量監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)間距為15～20 km。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及構(gòu)成方案

目前已建成的高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)多按線路進(jìn)行建設(shè)，由監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備構(gòu)成，其中監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備多設(shè)置于沿線較大車站。這種按線建設(shè)的架構(gòu)模式會導(dǎo)致監(jiān)控終端數(shù)量過多、相鄰列車調(diào)度臺監(jiān)控終端之間信息交互困難、不同線路監(jiān)控終端操作界面不同、使用不便等問題，并且未實(shí)現(xiàn)監(jiān)測信息共享。

為此，結(jié)合普速鐵路雨量監(jiān)測系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量有限、數(shù)據(jù)分析處理簡單的特點(diǎn)，建議采用由鐵路局中心系統(tǒng)、現(xiàn)場雨量監(jiān)測設(shè)備組成的二級架構(gòu)模式，由鐵路局中心系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全局范圍內(nèi)雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中分析處理。整個(gè)雨量監(jiān)測系統(tǒng)由鐵路局中心雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中心設(shè)備、雨量監(jiān)測終端設(shè)備、現(xiàn)場雨量監(jiān)測設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。雨量監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)方案如圖1所示。

3 系統(tǒng)傳輸方案

1．有線傳輸方案。雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)通過敷設(shè)光、電纜線路，從現(xiàn)場雨量監(jiān)測設(shè)備傳輸至鄰近車站網(wǎng)絡(luò)匯聚設(shè)備，再通過鐵路專用有線通信傳輸通道，從車站傳輸至鐵路局雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 雨量監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)及構(gòu)成方案示意圖

2．無線傳輸方案。在現(xiàn)場雨量監(jiān)測設(shè)備處配置無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，利用GPRS/GSM/北斗衛(wèi)星等公網(wǎng)無線數(shù)據(jù)通信平臺，獨(dú)享服務(wù)器接口，構(gòu)建跨地域無線局域網(wǎng) (以太網(wǎng)結(jié)構(gòu))，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器之間獨(dú)立IP地址專用局域網(wǎng)模式，與公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)邏輯上的網(wǎng)絡(luò)隔離，將現(xiàn)場雨量監(jiān)測信息傳送至中心服務(wù)器。中心服務(wù)器通過GPRS/GSM無線網(wǎng)絡(luò)，將雨量信息及時(shí)傳送至各工務(wù)段和路局的雨量監(jiān)測終端，同時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警限值，自動生成不同級別的報(bào)警信息。無線傳輸方案如圖2所示。

采用有線傳輸方案，優(yōu)點(diǎn)是各路局獨(dú)立構(gòu)建本局雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中心，現(xiàn)場雨量監(jiān)測點(diǎn)不受無線網(wǎng)絡(luò)場強(qiáng)覆蓋的限制，系統(tǒng)可靠性高;缺點(diǎn)是工程量大，工程造價(jià)昂貴。采用基于公網(wǎng)的無線傳輸方案，結(jié)構(gòu)簡單、靈活，投資相對較小，但網(wǎng)絡(luò)傳輸受無線網(wǎng)絡(luò)場強(qiáng)覆蓋、環(huán)境等影響較大，傳輸穩(wěn)定性、系統(tǒng)可靠性有待進(jìn)一步確認(rèn)。因此，采用哪種傳輸方案應(yīng)結(jié)合具體工程情況、公網(wǎng)覆蓋條件等諸多方面，綜合比選，合理確定。

4 雨量采集設(shè)備選型

圖2 無線傳輸方案示意圖

常用的雨量采集設(shè)備從構(gòu)造上可分為機(jī)械式和非機(jī)械式2種。機(jī)械式有翻斗式雨量計(jì)、虹吸式雨量計(jì)和雙閥容柵式雨量傳感器等;非機(jī)械式有雷達(dá)式傳感器雨量計(jì)、壓力感應(yīng)式傳感器雨量計(jì)等。

機(jī)械式雨量計(jì)的原理及生產(chǎn)工藝較為成熟，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，已廣泛應(yīng)用于地面氣象觀測站中。但由于是依靠翻斗的轉(zhuǎn)動或浮子的移動來實(shí)現(xiàn)雨量監(jiān)測，其機(jī)械活動部位容易受到惡劣天氣的損害，故障率較高，需定期維護(hù)。設(shè)置于工區(qū)附近的監(jiān)測點(diǎn)可采用機(jī)械式雨量計(jì)。

非機(jī)械式傳感器雨量計(jì)采用間接計(jì)算的采集原理，通過感知雨滴的降落速度與大小，或感知探測單個(gè)雨滴的碰撞壓力來計(jì)算降水量與降水強(qiáng)度。此類雨量計(jì)無活動部件，結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡易，抗環(huán)境干擾、損壞的能力強(qiáng)，適合于在山區(qū)等線路條件復(fù)雜、人員維護(hù)不便的監(jiān)測點(diǎn)使用。但該雨量計(jì)測量的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步確認(rèn)，且目前國內(nèi)尚無法對其進(jìn)行定期標(biāo)定。

因此，工程中需根據(jù)雨量監(jiān)測設(shè)置點(diǎn)的實(shí)際情況，合理選擇。

5 雨量采集設(shè)備供電方案

現(xiàn)場雨量監(jiān)測設(shè)備的用電可選擇由電力線纜供電或太陽能供電2種方案。

結(jié)合工程實(shí)際情況，如全線有自閉線或貫通線纜，則可采用在雨量監(jiān)測點(diǎn)附近設(shè)置干架式變電臺供電方案，系統(tǒng)用電可靠，但工程造價(jià)較高。如線路為非電氣化鐵路，全線無自閉線或貫通線纜，考慮到工程造價(jià)、可實(shí)施性等方面因素，則需考慮采用太陽能供電。但對太陽能蓄電時(shí)間、設(shè)備工藝、安裝方式等方面的要求有待進(jìn)一步細(xì)化明確。

6 總結(jié)

雨量監(jiān)測系統(tǒng)作為保障鐵路汛期行車安全的重要防災(zāi)安全監(jiān)測子系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)、建設(shè)的方案標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步研究探討，以滿足工程建設(shè)和鐵路運(yùn)營的實(shí)際需求。

［1］ 馮敬然．高速鐵路安全監(jiān)控系統(tǒng)［J］ ．鐵道通信信號，2001(5)．

［2］ 王立端．基于GPRS遠(yuǎn)程自動雨量監(jiān)測系統(tǒng)［J］ ．計(jì)算機(jī)工程，2007(16)．

［3］ 呂科．北京鐵路局降雨量遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)［J］ ．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2004(1，3)．

［4］ 胡彥華．北斗衛(wèi)星在陜南雨量監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］ ．西北水力發(fā)電，2004(z1)．