刘 洋
刘 洋:铁道第三勘察设计院集团有限公司 助理工程师300251 天津
普速铁路雨量监测系统是为了防止汛期铁路沿线艰险山区、路基地段发生滑坡、泥石流及危岩、落石、崩塌等对铁路行车安全造成严重影响,而设置的对降雨量进行实时监测的系统。主要服务于各铁路局工务处、防洪办等部门,为雨天实施列车限速运行、行车管制等预案提供科学依据。按照铁建设 [2012] 149号文《铁道部关于铁路防灾安全监控系统有关设施设置要求的通知》,各铁路项目雨量监测系统的设计、建设已逐步开展,本文就目前普速铁路雨量监测系统可采用的设计方案进行探讨,并对各方案的优缺点进行论述。
根据铁路运营对雨量监测的实际需求,以及工务处、防洪办等部门依据实际经验给出的建议,雨量监测系统现场雨量监测点的布点原则:①沿线工务工区所在地;②临近路堤、路堑及隧道口等易产生塌方、水冲线路的处所;③松软土质、不良路基、浸水路堤,以及路、桥、隧相连处;④根据沿线地形、地貌以及地质、植被情况确定的特殊地段;⑤连续路基地段,有砟轨道线路等。雨量监测点的布设间距为15~20 km。
目前已建成的高速铁路防灾安全监控系统多按线路进行建设,由监控数据处理设备和现场监测设备构成,其中监控数据处理设备多设置于沿线较大车站。这种按线建设的架构模式会导致监控终端数量过多、相邻列车调度台监控终端之间信息交互困难、不同线路监控终端操作界面不同、使用不便等问题,并且未实现监测信息共享。
为此,结合普速铁路雨量监测系统传输数据量有限、数据分析处理简单的特点,建议采用由铁路局中心系统、现场雨量监测设备组成的二级架构模式,由铁路局中心系统实现全局范围内雨量监测数据的集中分析处理。整个雨量监测系统由铁路局中心雨量监测数据处理中心设备、雨量监测终端设备、现场雨量监测设备、传输网络设备等组成。雨量监测系统架构方案如图1所示。
1.有线传输方案。雨量监测数据通过敷设光、电缆线路,从现场雨量监测设备传输至邻近车站网络汇聚设备,再通过铁路专用有线通信传输通道,从车站传输至铁路局雨量监测数据处理中心,实现网络互联和数据传输。
图1 雨量监测系统架构及构成方案示意图
2.无线传输方案。在现场雨量监测设备处配置无线数据传输模块,利用GPRS/GSM/北斗卫星等公网无线数据通信平台,独享服务器接口,构建跨地域无线局域网 (以太网结构),实现节点和服务器之间独立IP地址专用局域网模式,与公网实现逻辑上的网络隔离,将现场雨量监测信息传送至中心服务器。中心服务器通过GPRS/GSM无线网络,将雨量信息及时传送至各工务段和路局的雨量监测终端,同时根据预先设定的报警限值,自动生成不同级别的报警信息。无线传输方案如图2所示。
采用有线传输方案,优点是各路局独立构建本局雨量监测数据处理中心,现场雨量监测点不受无线网络场强覆盖的限制,系统可靠性高;缺点是工程量大,工程造价昂贵。采用基于公网的无线传输方案,结构简单、灵活,投资相对较小,但网络传输受无线网络场强覆盖、环境等影响较大,传输稳定性、系统可靠性有待进一步确认。因此,采用哪种传输方案应结合具体工程情况、公网覆盖条件等诸多方面,综合比选,合理确定。
图2 无线传输方案示意图
常用的雨量采集设备从构造上可分为机械式和非机械式2种。机械式有翻斗式雨量计、虹吸式雨量计和双阀容栅式雨量传感器等;非机械式有雷达式传感器雨量计、压力感应式传感器雨量计等。
机械式雨量计的原理及生产工艺较为成熟,数据采集准确,已广泛应用于地面气象观测站中。但由于是依靠翻斗的转动或浮子的移动来实现雨量监测,其机械活动部位容易受到恶劣天气的损害,故障率较高,需定期维护。设置于工区附近的监测点可采用机械式雨量计。
非机械式传感器雨量计采用间接计算的采集原理,通过感知雨滴的降落速度与大小,或感知探测单个雨滴的碰撞压力来计算降水量与降水强度。此类雨量计无活动部件,结构简单,安装简易,抗环境干扰、损坏的能力强,适合于在山区等线路条件复杂、人员维护不便的监测点使用。但该雨量计测量的准确性有待进一步确认,且目前国内尚无法对其进行定期标定。
因此,工程中需根据雨量监测设置点的实际情况,合理选择。
现场雨量监测设备的用电可选择由电力线缆供电或太阳能供电2种方案。
结合工程实际情况,如全线有自闭线或贯通线缆,则可采用在雨量监测点附近设置干架式变电台供电方案,系统用电可靠,但工程造价较高。如线路为非电气化铁路,全线无自闭线或贯通线缆,考虑到工程造价、可实施性等方面因素,则需考虑采用太阳能供电。但对太阳能蓄电时间、设备工艺、安装方式等方面的要求有待进一步细化明确。
雨量监测系统作为保障铁路汛期行车安全的重要防灾安全监测子系统,其设计、建设的方案标准有待进一步研究探讨,以满足工程建设和铁路运营的实际需求。
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