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        高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化研究

        2018-04-12 02:48:19范紅衛(wèi)中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司總工程師室
        上海鐵道增刊 2018年1期
        關(guān)鍵詞:雪深異物高速鐵路

        范紅衛(wèi) 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司總工程師室

        高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng))是鐵路信息系統(tǒng)的組成部分,對(duì)高速鐵路沿線風(fēng)、雨、雪、地震及上跨鐵路的道路橋梁的異物侵限進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),為調(diào)度指揮及維護(hù)管理提供報(bào)警信息,有效防止或減少災(zāi)害對(duì)高速鐵路列車(chē)運(yùn)行安全的影響。自2008年京津城際鐵路開(kāi)始,我國(guó)后續(xù)所有高速鐵路均安裝了災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并隨工程同步建設(shè)。災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大風(fēng)、雨量、雪深、異物侵限監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮了極其重要的作用,為高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全提供了可靠的安全屏障。但是,災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)畢竟是一個(gè)新系統(tǒng),應(yīng)用過(guò)程中在系統(tǒng)架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)劃分、子系統(tǒng)選型等方面也反映了一定的不足。

        1 系統(tǒng)架構(gòu)

        1.1 存在問(wèn)題

        現(xiàn)有災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均是分線建設(shè),存在系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行、技術(shù)架構(gòu)不開(kāi)放、信息處理流程不統(tǒng)一、軟件界面不兼容等問(wèn)題,影響了災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的深化應(yīng)用。

        1.2 系統(tǒng)優(yōu)化方案

        開(kāi)展集團(tuán)公司數(shù)據(jù)處理中心和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備組成的兩級(jí)架構(gòu)系統(tǒng)建設(shè),整合現(xiàn)有資源,避免重復(fù)建設(shè),發(fā)揮兩級(jí)監(jiān)測(cè)及處理功能,提高災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用水平。

        (1)整合既有高鐵災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng),將按線建設(shè)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成,并統(tǒng)一新建軟件及數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)建立集團(tuán)公司統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的綜合處置。創(chuàng)建災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集中監(jiān)測(cè)。

        (3)兼容相鄰集團(tuán)公司災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)、綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防洪管理信息系統(tǒng)、時(shí)間同步系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)互聯(lián)互通和信息共享。

        據(jù)此,鐵路總公司于2014年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了兩級(jí)架構(gòu)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 2015年,鐵科院在大西鐵路試驗(yàn)段搭建了基于集團(tuán)公司數(shù)據(jù)處理中心和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備架構(gòu)的系統(tǒng),并進(jìn)行試驗(yàn)。2017年,兩級(jí)架構(gòu)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)鐵路總公司組織的技術(shù)評(píng)審,并于2018年逐步拓展應(yīng)用。

        2 子系統(tǒng)

        2.1 風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

        2.1.1 存在問(wèn)題

        根據(jù)動(dòng)車(chē)組運(yùn)行實(shí)際,當(dāng)風(fēng)速達(dá)到12m/s左右時(shí),車(chē)載式晃車(chē)儀產(chǎn)生水平Ⅲ級(jí)偏差情況較多(如圖1所示);當(dāng)風(fēng)速增大15m/s時(shí),列車(chē)嚴(yán)重晃車(chē)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。上述情況,增大了動(dòng)車(chē)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),影響了運(yùn)輸秩序。

        2.1.2 優(yōu)化措施

        分析大風(fēng)對(duì)動(dòng)車(chē)組運(yùn)行的影響程度,以《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分)》為基礎(chǔ),根據(jù)長(zhǎng)三角大風(fēng)的特點(diǎn),按照導(dǎo)向安全的思路,上海局集團(tuán)公司于2012年對(duì)大風(fēng)限速標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了調(diào)整,即當(dāng)風(fēng)速12m/s~15m/s時(shí),動(dòng)車(chē)組限速以250km/h速度運(yùn)行。調(diào)整后,水平Ⅲ級(jí)偏差比以300km/h以上正常速度運(yùn)行時(shí)的水平Ⅲ級(jí)偏差明顯減少。統(tǒng)計(jì)分析滬寧城際2015年、2016年數(shù)據(jù),當(dāng)風(fēng)速達(dá)12m/s時(shí),沒(méi)有發(fā)生過(guò)水平Ⅲ級(jí)偏差,有效保障了運(yùn)行安全。

        圖1 大風(fēng)引起車(chē)載式晃車(chē)儀水平Ⅲ級(jí)偏差統(tǒng)計(jì)

        2.2 雨監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

        2.2.1 存在問(wèn)題

        (1)雨量計(jì)采集偏差。普速鐵路雨量計(jì)采用機(jī)械式設(shè)計(jì),高速鐵路雨量計(jì)采用電子式(超聲波和微波兩種)設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)踐對(duì)比驗(yàn)證,微波電子式存在誤差明顯偏大的情況(見(jiàn)表1)。

        (2)特殊情況下的無(wú)效報(bào)警。當(dāng)持續(xù)空氣濕度較大的情況下,隨著時(shí)間的延續(xù),連續(xù)降雨累計(jì)值逐漸增大并會(huì)引起限速報(bào)警,但此類(lèi)限速?zèng)]有實(shí)際意義。

        2.2.2 解決方案

        (1)針對(duì)上海局集團(tuán)公司管內(nèi)杭長(zhǎng)、合蚌、合福、寧安高鐵使用微波式雨量計(jì)的情況,進(jìn)行更換處理。

        (2)對(duì)于持續(xù)空氣濕度較大的報(bào)警情況,主要針對(duì)連續(xù)降雨量數(shù)據(jù)的持續(xù)增加。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析,采取在24h降雨量小于3mm的情況下,阻斷連續(xù)降雨量的增加,使其清零,從而杜絕此類(lèi)情況的報(bào)警。

        表1 杭長(zhǎng)高鐵微波電子式和滬昆鐵路機(jī)械式雨量數(shù)據(jù)對(duì)比

        2.3 雪深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

        2.3.1 存在問(wèn)題

        (1)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)量不足。目前,上海局集團(tuán)公司管內(nèi)16條高鐵安裝了災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng),但僅有2條設(shè)置了雪深監(jiān)測(cè)系統(tǒng),未能做到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的全面發(fā)揮。

        (2)標(biāo)準(zhǔn)劃分不嚴(yán)謹(jǐn)。上海局集團(tuán)公司在寧啟、淮蕭聯(lián)絡(luò)線兩條有砟鐵路安裝了12處雪深監(jiān)測(cè)點(diǎn)。但是,淮蕭聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)速度250km/h,雪深監(jiān)測(cè)只有一個(gè)報(bào)警等級(jí),即當(dāng)有砟鐵路雪深監(jiān)測(cè)值達(dá)到50mm時(shí)報(bào)警限速160km/h及以下,小于50mm時(shí)取消限速報(bào)警。這和《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分)》第350條規(guī)定:當(dāng)運(yùn)行區(qū)段降中雪或積雪覆蓋道砟面時(shí)有砟軌道區(qū)段限速200 km/h及以下的規(guī)定不符。2.3.2解決方案

        (1)增設(shè)雪深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定,在鐵路沿線近20年最大積雪深度30mm及以上的區(qū)段應(yīng)設(shè)置雪深監(jiān)測(cè)設(shè)備。2018年初的大雪充分證明長(zhǎng)江下游地區(qū)也極易發(fā)生大雪,上海局集團(tuán)公司管內(nèi)京滬高鐵、合蚌高鐵等線路均應(yīng)增設(shè)雪深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

        (2)細(xì)化限速標(biāo)準(zhǔn)。氣象部門(mén)規(guī)定當(dāng)降雪深度達(dá)(25~49)mm時(shí)為中雪,這就需要在降雪時(shí)進(jìn)行積雪觀測(cè),分析積雪深度對(duì)行車(chē)的影響。結(jié)合氣象部門(mén)雪量等級(jí)的規(guī)定,并經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證25mm是一個(gè)分界值。即在允許速度250km/h的線路上,雪深監(jiān)測(cè)值達(dá)到25mm時(shí)報(bào)警限速200km/h及以下,監(jiān)測(cè)值達(dá)到50mm時(shí)報(bào)警限速160km/h及以下。

        2.4 異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

        2.4.1 存在問(wèn)題

        異物侵限監(jiān)測(cè)L型支架、電網(wǎng)安裝在公路外側(cè),支架、電網(wǎng)存在墜落的隱患。

        2.4.2 解決方案

        (1)對(duì)于新建公跨鐵橋采用橋面加寬的方式安裝垂直電網(wǎng)。

        (2)既有公跨鐵橋采用混凝土或鋼管門(mén)架獨(dú)立結(jié)構(gòu)安裝垂直電網(wǎng),可有效減少電網(wǎng)墜落對(duì)行車(chē)的影響。

        (3)考慮門(mén)架獨(dú)立結(jié)構(gòu)的施工難度,建議后續(xù)開(kāi)展激光雷達(dá)、微波、視頻監(jiān)控等非接觸式監(jiān)控技術(shù)研究,研發(fā)相應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        在全路災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,以上海局集團(tuán)公司應(yīng)用實(shí)踐為基礎(chǔ),建立兩級(jí)架構(gòu)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息的集成與共享;規(guī)范雨量計(jì)選型、優(yōu)化異物侵限監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確性與安全性;以實(shí)踐為依托,細(xì)化災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn),更好的保障運(yùn)行安全與運(yùn)輸秩序。

        [1]吳寧,寸冬冬.大風(fēng)環(huán)境下動(dòng)車(chē)組行車(chē)車(chē)載控制參數(shù)研究.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院,2017.

        [2]沈志凌.高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,2009.

        [3]鐵總建設(shè)[2013]86號(hào),鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定.

        [4]TJ/GW088-2013,高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體技術(shù)方案(暫行).

        [5]鐵科技[2013]50號(hào),高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)速風(fēng)向.雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)條件.

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