劉 洋

劉 洋:鐵道第三勘察設計院集團有限公司 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重影響，而設置的對降雨量進行實時監(jiān)測的系統(tǒng)。主要服務于各鐵路局工務處、防洪辦等部門，為雨天實施列車限速運行、行車管制等預案提供科學依據(jù)。按照鐵建設 ［2012］ 149號文《鐵道部關(guān)于鐵路防災安全監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)設施設置要求的通知》，各鐵路項目雨量監(jiān)測系統(tǒng)的設計、建設已逐步開展，本文就目前普速鐵路雨量監(jiān)測系統(tǒng)可采用的設計方案進行探討，并對各方案的優(yōu)缺點進行論述。

1 現(xiàn)場雨量監(jiān)測點布點原則

根據(jù)鐵路運營對雨量監(jiān)測的實際需求，以及工務處、防洪辦等部門依據(jù)實際經(jīng)驗給出的建議，雨量監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場雨量監(jiān)測點的布點原則:①沿線工務工區(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)測點的布設間距為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安全監(jiān)控系統(tǒng)多按線路進行建設，由監(jiān)控數(shù)據(jù)處理設備和現(xiàn)場監(jiān)測設備構(gòu)成，其中監(jiān)控數(shù)據(jù)處理設備多設置于沿線較大車站。這種按線建設的架構(gòu)模式會導致監(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，建議采用由鐵路局中心系統(tǒng)、現(xiàn)場雨量監(jiān)測設備組成的二級架構(gòu)模式，由鐵路局中心系統(tǒng)實現(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)處理中心設備、雨量監(jiān)測終端設備、現(xiàn)場雨量監(jiān)測設備、傳輸網(wǎng)絡設備等組成。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)通過敷設光、電纜線路，從現(xiàn)場雨量監(jiān)測設備傳輸至鄰近車站網(wǎng)絡匯聚設備，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，實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(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，獨享服務器接口，構(gòu)建跨地域無線局域網(wǎng) (以太網(wǎng)結(jié)構(gòu))，實現(xiàn)節(jié)點和服務器之間獨立IP地址專用局域網(wǎng)模式，與公網(wǎng)實現(xiàn)邏輯上的網(wǎng)絡隔離，將現(xiàn)場雨量監(jiān)測信息傳送至中心服務器。中心服務器通過GPRS/GSM無線網(wǎng)絡，將雨量信息及時傳送至各工務段和路局的雨量監(jiān)測終端，同時根據(jù)預先設定的報警限值，自動生成不同級別的報警信息。無線傳輸方案如圖2所示。

采用有線傳輸方案，優(yōu)點是各路局獨立構(gòu)建本局雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中心，現(xiàn)場雨量監(jiān)測點不受無線網(wǎng)絡場強覆蓋的限制，系統(tǒng)可靠性高;缺點是工程量大，工程造價昂貴。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)絡傳輸受無線網(wǎng)絡場強覆蓋、環(huán)境等影響較大，傳輸穩(wěn)定性、系統(tǒng)可靠性有待進一步確認。因此，采用哪種傳輸方案應結(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 雨量采集設備選型

圖2 無線傳輸方案示意圖

常用的雨量采集設備從構(gòu)造上可分為機械式和非機械式2種。機械式有翻斗式雨量計、虹吸式雨量計和雙閥容柵式雨量傳感器等;非機械式有雷達式傳感器雨量計、壓力感應式傳感器雨量計等。

機械式雨量計的原理及生產(chǎn)工藝較為成熟，數(shù)據(jù)采集準確，已廣泛應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現(xiàn)雨量監(jiān)測，其機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。設置于工區(qū)附近的監(jiān)測點可采用機械式雨量計。

非機械式傳感器雨量計采用間接計算的采集原理，通過感知雨滴的降落速度與大小，或感知探測單個雨滴的碰撞壓力來計算降水量與降水強度。此類雨量計無活動部件，結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡易，抗環(huán)境干擾、損壞的能力強，適合于在山區(qū)等線路條件復雜、人員維護不便的監(jiān)測點使用。但該雨量計測量的準確性有待進一步確認，且目前國內(nèi)尚無法對其進行定期標定。

因此，工程中需根據(jù)雨量監(jiān)測設置點的實際情況，合理選擇。

5 雨量采集設備供電方案

現(xiàn)場雨量監(jiān)測設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)測點附近設置干架式變電臺供電方案，系統(tǒng)用電可靠，但工程造價較高。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、可實施性等方面因素，則需考慮采用太陽能供電。但對太陽能蓄電時間、設備工藝、安裝方式等方面的要求有待進一步細化明確。

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安全監(jiān)測子系統(tǒng)，其設計、建設的方案標準有待進一步研究探討，以滿足工程建設和鐵路運營的實際需求。

［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遠程自動雨量監(jiān)測系統(tǒng)［J］ ．計算機工程，2007(16)．

［3］ 呂科．北京鐵路局降雨量遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)［J］ ．中國安全科學學報，2004(1，3)．

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