翁勇南 蘆 毅 徐田坤 邱 魏

1.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司地鐵運(yùn)營(yíng)技術(shù)研發(fā)中心 2.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司安全監(jiān)察室3.富奧通科技（北京）有限公司

隨著北京地鐵快速發(fā)展，運(yùn)營(yíng)線路不斷增多，運(yùn)營(yíng)里程不斷增加，其中地面線和高架線所占的比重越來越大，地鐵運(yùn)營(yíng)受到強(qiáng)風(fēng)、暴雨、大雪、大霧等極端天氣的影響越來越顯著。尤其是近年來極端天氣發(fā)生的頻率越來越高、危害越來越大，如北京遭遇“6·23”、“7·21”暴雨災(zāi)害天氣導(dǎo)致地鐵洞口積水、車站進(jìn)水、路基坍塌、水淹沒第三軌等導(dǎo)致部分線路中斷運(yùn)營(yíng)，同時(shí)帶來的次生災(zāi)害如部分線路客流劇增、車站滯留大量人員，給運(yùn)營(yíng)安全帶來巨大隱患，因此，如何對(duì)極端天氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警、報(bào)警、預(yù)測(cè)，如何快速、準(zhǔn)確的獲得現(xiàn)場(chǎng)信息，如何第一時(shí)間做出正確的判斷、并依據(jù)災(zāi)害嚴(yán)重程度采取相應(yīng)緊急處置措施，最大限度防范風(fēng)險(xiǎn)、規(guī)避災(zāi)害，防止或減輕因?yàn)?zāi)害引發(fā)的損失，避免次生災(zāi)害，將災(zāi)害造成的損失降到最低，保障運(yùn)營(yíng)安全成為當(dāng)前亟需解決的問題。面對(duì)嚴(yán)峻的安全生產(chǎn)形勢(shì)，繼續(xù)開發(fā)一套集風(fēng)、雨、雪、霧等災(zāi)害信息自動(dòng)采集、匯總、分析的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息分布獲取、集中管理、綜合運(yùn)用，全面掌握災(zāi)害動(dòng)態(tài)，提供及時(shí)準(zhǔn)確的災(zāi)害報(bào)警和預(yù)警功能和指導(dǎo)，為地鐵安全運(yùn)營(yíng)提供保障。

1 地鐵運(yùn)營(yíng)防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

地鐵運(yùn)營(yíng)線路涉及地面線、地上線、高架線，線路架設(shè)復(fù)雜，不同線路收到氣象災(zāi)害的條件也不盡相同。因此，對(duì)災(zāi)害的監(jiān)控裝置應(yīng)具備適應(yīng)性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、安全性、可靠性五大特點(diǎn)。系統(tǒng)應(yīng)充分利用現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件工程技術(shù)，建立并開發(fā)基于面向服務(wù)架構(gòu)模式的地鐵防災(zāi)監(jiān)測(cè)綜合預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)危及行車安全的各類自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理、分析處理、綜合利用，能對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)防災(zāi)起到積極的安全保障作用。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

地鐵運(yùn)營(yíng)防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：位于現(xiàn)場(chǎng)的前端采集站點(diǎn)；位于后端的接收服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和 Web服務(wù)器；分布于各地的用戶終端。三者通過有線或無線通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、和數(shù)據(jù)報(bào)警等功能。系統(tǒng)總體方案，如圖1。

前端采集站點(diǎn)分布在較易受到氣象災(zāi)害的典型站點(diǎn)，如地鐵沿線洞口、試驗(yàn)段或高架線上，數(shù)量可達(dá)多個(gè)。采集裝置對(duì)各種氣象要素進(jìn)行測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后保存，并根據(jù)服務(wù)端命令或定時(shí)上傳至中心站。根據(jù)觀測(cè)要素不同，采集前端分為氣象采集前端、雨量水位采集前端和軌溫輪軌力采集前端三種。

通過Web 服務(wù)器上部署監(jiān)測(cè)網(wǎng)站，將所有觀測(cè)數(shù)據(jù)都發(fā)布在網(wǎng)頁上，可以通過網(wǎng)頁進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)下載、系統(tǒng)管理等操作。由于采用B/S架構(gòu)，用戶終端不需要專門的設(shè)備和軟件，只需要一臺(tái)接入網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)和 IE 瀏覽器通過授權(quán)即可進(jìn)入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、下載等功能，從而大大節(jié)省了經(jīng)費(fèi)，提高了系統(tǒng)使用效率。

地鐵運(yùn)營(yíng)防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠精確、及時(shí)地監(jiān)測(cè)地鐵環(huán)境狀況，并且能夠與相關(guān)部門的其它監(jiān)控子系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化的地鐵防災(zāi)保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為地鐵運(yùn)營(yíng)管理部門針對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)權(quán)限的開放、封閉、維修保障等決策提供了重要依據(jù)。該系統(tǒng)可對(duì)能見度、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、雨量、雪深等要素進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2 地鐵運(yùn)營(yíng)防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 監(jiān)控傳感器布點(diǎn)原則

根據(jù)北京市實(shí)際氣象特點(diǎn)及項(xiàng)目檢測(cè)氣象參數(shù)內(nèi)容，在安裝監(jiān)控傳感器之前應(yīng)首先明確測(cè)試點(diǎn)的選點(diǎn)原則，即對(duì)高架地面線路、地面高大建筑物間、地面風(fēng)口處、軌道半徑較小地段、河流上、車輛段洞口處、車輛段低洼防汛重點(diǎn)處等位置因素綜合考慮。具體不同類型傳感器布點(diǎn)原則，見下表。

表 監(jiān)控點(diǎn)選點(diǎn)原則

2.2 監(jiān)控傳感器安裝

（1）氣象綜合監(jiān)測(cè)模塊傳感器安裝。

氣象綜合模塊涵蓋溫濕度、霧、氣壓、風(fēng)速等方面測(cè)試，系統(tǒng)采用一體式立桿形式，因此要求安裝穩(wěn)定、牢固。首先，需進(jìn)行底座安裝，安裝一個(gè)500mm×500mm×400mm的一個(gè)水泥基礎(chǔ)。按照定位板的位置來提前安放地腳螺栓，待3天凝固后，再行安裝桿體。桿體為1節(jié)，總高3m。提前將設(shè)備固定在桿上，再將桿體套在定位板上即可。

（2） 軌溫應(yīng)力監(jiān)測(cè)模塊安裝。

軌溫應(yīng)力模塊首先應(yīng)在鋼軌垂直面上選擇好中心點(diǎn)，中心點(diǎn)離鋼軌底面的高度是81.2mm。應(yīng)變花固定到離中心點(diǎn)110mm位置。其次，為保證安裝質(zhì)量，應(yīng)對(duì)鋼軌進(jìn)行打磨、拋光；最后，需要完成粘貼應(yīng)變花組橋、防水防潮處理密封、固定采集盒體、標(biāo)定架水平力校準(zhǔn)等一系列工作。

（3）雨量水位監(jiān)測(cè)模塊安裝。

雨量監(jiān)測(cè)模塊實(shí)施必須要完成雨量桶、水位傳感器、機(jī)箱、視頻監(jiān)視器和水位的部件的安裝。安裝必須要根據(jù)施工工藝規(guī)范，編制該工程的施工工藝流程及施工工藝方法。合理安排施工步驟，組織施工作業(yè)面，以減少環(huán)節(jié)，縮短工期，提高效率，確保工程質(zhì)量和工程進(jìn)度。

2.3 系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

地鐵運(yùn)營(yíng)防災(zāi)監(jiān)控平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)所有前端數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)和處理等工作，這些工作都通過軟件來完成。因此，PC端監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的核心，直接決定著整個(gè)系統(tǒng)的性能。由于地鐵防災(zāi)系統(tǒng)觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)量多、要素種類多，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)性要求高，并且還要作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，一般計(jì)算機(jī)的性能無法滿足系統(tǒng)需要。因此，本文選擇高性能的專用服務(wù)器作為上位機(jī)，以 Windows Server為操作系統(tǒng)，并以 DB2數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，采用 Java 語言開發(fā)系統(tǒng)監(jiān)控軟件，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理及系統(tǒng)監(jiān)控等功能，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可以通過短信收發(fā)模塊發(fā)送報(bào)警短信。系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)，如圖2。

（1）監(jiān)控信息查詢模塊。

監(jiān)測(cè)信息查詢模塊可以允許用戶實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的對(duì)氣象、雨量、軌溫等傳感器監(jiān)測(cè)的信息進(jìn)行展示和查詢。該模塊可以對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行數(shù)字化和圖形化兩種方式的展示，對(duì)于安裝雨量監(jiān)控?cái)z像頭的站點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控。監(jiān)控信息查詢模塊實(shí)現(xiàn)圖，如圖3。

（2）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理模塊。

監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理模塊可以對(duì)監(jiān)控的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，該模塊包含歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)報(bào)表展示和數(shù)據(jù)備份等功能。

（3）報(bào)警信息管理模塊。

地鐵運(yùn)防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)還可以對(duì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)警功能，即通過預(yù)先設(shè)定的閾值來判斷現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的安全性，當(dāng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)超過閾值時(shí)，除在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行報(bào)警外，還可以通過短信、郵件等多種方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

（4）系統(tǒng)管理模塊。

系統(tǒng)管理模塊是地鐵運(yùn)營(yíng)防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，通過系統(tǒng)管理模塊，管理員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的基本管理，改模塊包括用戶管理、日志管理、聯(lián)系人管理等多項(xiàng)管理功能。

3 結(jié)束語

地鐵運(yùn)營(yíng)防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是一套架構(gòu)于通信傳輸系統(tǒng)之上的集風(fēng)、雨、雪、軌溫等信息自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、傳輸及分析的綜合系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對(duì)極端天氣條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和預(yù)警，為調(diào)度員、司機(jī)采取相應(yīng)措施提供標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，為事前預(yù)防事故、規(guī)范安全操作標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段監(jiān)測(cè)以及新線設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)對(duì)于推進(jìn)地鐵信息化建設(shè)和提高管理能力具有重要而深遠(yuǎn)的意義。