張海光

摘 要：煤塵監(jiān)測系統(tǒng)在鐵路沿線設(shè)置前端氣象、粉塵監(jiān)測儀及視頻攝像機，對沿線環(huán)境及現(xiàn)場視頻等數(shù)據(jù)進行采集，采集到的環(huán)境及視頻數(shù)據(jù)信息經(jīng)過存儲、分析后通過鐵路專網(wǎng)傳送至局監(jiān)測中心平臺，以便對鐵路沿線煤塵污染情況實時分析。

關(guān)鍵詞：煤塵監(jiān)測系統(tǒng);大秦鐵路;貨運鐵路

1 需求分析

大秦鐵路全長約653公里，起點位于山西省大同市，終點位于河北省秦皇島市，自西向東依次途經(jīng)山西省、河北省、北京市、天津市、河北省等行政區(qū)域。

大秦鐵路是中國西煤東運的主要通道之一，自2004年起，大秦鐵路實施持續(xù)擴能升級改造，全線貨運量逐年大幅度提高，目前貨運量已突破4億噸，成為世界上年貨運量最大的鐵路線。鐵路作為交通運輸體系中重要的組成部分，承擔著更多的社會責任，國家加大“公轉(zhuǎn)鐵”實施力度，鐵路公司主動承擔著建設(shè)“綠色中國”的重任，“綠水青山就是金山銀山”，隨著鐵路貨運的深化改革發(fā)展，鐵路為社會、民生做出了巨大貢獻。

大秦鐵路在不斷提高重載運輸生產(chǎn)力的同時，還注重對鐵路沿線的環(huán)境保護建設(shè)。大秦鐵路煤炭抑塵工程在沿線建設(shè)有固定和移動抑塵站，在一定程度上改善了站臺周邊的大氣環(huán)境質(zhì)量，減少了運輸中煤炭的損耗，但是煤塵對鐵路沿線的大氣環(huán)境污染問題還需要進一步的改善解決。

據(jù)各省市環(huán)保部門及沿線居民反饋和實地現(xiàn)場調(diào)查，運煤列車經(jīng)過時，漂浮的煤塵飛揚，對大氣的污染比較嚴重，造成了非常不好的影響。沿線部分地區(qū)的農(nóng)田和村莊煤塵覆蓋問題比較嚴重，已經(jīng)嚴重影響到了農(nóng)民的農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品的銷售以及沿線居民的日常生活。

基于上述原因，迫切的需要在大秦鐵路建設(shè)煤塵監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測大秦鐵路沿線環(huán)境數(shù)值，以便有針對的采取措施對大秦鐵路沿線環(huán)境進行治理。

2 技術(shù)方案

大秦鐵路煤塵監(jiān)測系統(tǒng)在大秦鐵路沿線設(shè)置前端氣象監(jiān)測儀和粉塵監(jiān)測儀，用于采集風速、風向、溫度、濕度、氣壓、PM10、TSP等數(shù)據(jù)，采集的各項數(shù)據(jù)信息通過鐵路專網(wǎng)匯聚到太原局集團有限公司監(jiān)測中心平臺，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理分析實時反應(yīng)大秦鐵路沿線氣象、粉塵數(shù)值情況。同時，在鐵路沿線設(shè)置前端視頻采集點，通過傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)通道將采集點的視頻數(shù)據(jù)匯聚到地區(qū)匯聚節(jié)點并存儲，監(jiān)測中心和各監(jiān)測部門可實現(xiàn)現(xiàn)場視頻實時查看或調(diào)看，以便對大秦沿線污染情況直觀分析。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

大秦鐵路煤塵監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測中心平臺、地區(qū)匯聚節(jié)點、接入節(jié)點以及前端監(jiān)測點終端設(shè)備組成。

2.1.1 監(jiān)測中心

本工程煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測中心設(shè)置在太原局集團有限公司貨運調(diào)度中心信息機房。監(jiān)測中心包括平臺系統(tǒng)軟件、大屏幕顯示終端（利用既有）、系統(tǒng)平臺、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，監(jiān)測中心是大秦鐵路煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分。

（1）平臺系統(tǒng)軟件。按照軟件平臺需求，滿足對接入煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的各個監(jiān)測點環(huán)境數(shù)據(jù)、視頻圖像進行隨時調(diào)看/查看、GIS地圖全景展現(xiàn)、數(shù)據(jù)存儲等功能。整體系統(tǒng)按照分布式處理設(shè)計，將系統(tǒng)各任務(wù)分擔到各個服務(wù)器，使系統(tǒng)能夠完成復(fù)雜的任務(wù)。

（2）機房大屏幕顯示終端。大屏幕顯示終端利用太原局集團有限公司貨運調(diào)度中心既有拼接電視墻，通過新設(shè)兩臺8路解碼器，將本系統(tǒng)全線采集點視頻圖像實時顯示或調(diào)看。

（3）系統(tǒng)平臺。本工程系統(tǒng)平臺不單設(shè)硬件服務(wù)器，由太原局集團有限公司綜合網(wǎng)虛擬化平臺提供虛擬化服務(wù)器資源。

服務(wù)器虛擬化技術(shù)是指通過運用虛擬化的技術(shù)充分發(fā)揮服務(wù)器的硬件性能，可以將一個服務(wù)器虛擬成多個服務(wù)器使用。

本工程虛擬服務(wù)器所需資源如下表：

（4）平臺客戶端。本工程在貨運安全監(jiān)控中心設(shè)置煤塵監(jiān)測系統(tǒng)管理終端1套，工務(wù)指揮中心設(shè)置煤塵監(jiān)測系統(tǒng)客戶終端1套，用于訪問和調(diào)看大秦鐵路全線范圍內(nèi)的采集點信息。

（5）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本工程在監(jiān)測中心組建監(jiān)測系統(tǒng)平臺局域網(wǎng)，通過以太網(wǎng)交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)信息訪問與共享，同時通過鐵路信息綜合網(wǎng)廣域網(wǎng)通道實現(xiàn)與地區(qū)匯聚節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。

2.1.2 地區(qū)匯聚節(jié)點

本工程在茶塢工務(wù)段新設(shè)1個地區(qū)匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點設(shè)備設(shè)置在既有信息機房，按工務(wù)段線路管轄范圍對前端監(jiān)測點采集的風速、風向、溫度、濕度、氣壓、PM10、TSP等數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進行匯聚、存儲和分析，存儲的數(shù)據(jù)和視頻信息供煤塵監(jiān)測中心平臺隨時調(diào)看。

茶塢工務(wù)段匯聚節(jié)點由平臺客戶端、流媒體服務(wù)器、視頻服務(wù)器及磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等及機柜、KVM切換器附屬設(shè)備組成。

（1）監(jiān)測平臺客戶端。本工程在茶塢工務(wù)段設(shè)一套煤塵監(jiān)測系統(tǒng)客戶終端，用來訪問和調(diào)看工務(wù)段管轄范圍內(nèi)的采集點信息。

（2）流媒體服務(wù)器。實現(xiàn)視頻轉(zhuǎn)發(fā)功能，實現(xiàn)應(yīng)用層流量負載均衡，提高響應(yīng)訪問的效率，提高帶寬利用率，同時根據(jù)需要提供視頻流格式、信令控制協(xié)議轉(zhuǎn)換等設(shè)備代理服務(wù)。提供流媒體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)/應(yīng)用層組播接收并且轉(zhuǎn)發(fā)報警信息/進行主動巡檢/實時顯示監(jiān)控前端設(shè)備狀態(tài)。將收到的單個視頻流復(fù)制成多個視頻流，轉(zhuǎn)發(fā)到多個請求端，使得前端的每個視頻通道只占一路視頻流的網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效利用率，降低帶寬需求，減少網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。

（3）視頻存儲服務(wù)器及磁盤陣列。數(shù)據(jù)的存儲采用磁盤陣列IP SAN的形式，為保證數(shù)據(jù)安全，存儲系統(tǒng)采用RAID-5標準構(gòu)建，以確保數(shù)據(jù)安全。視頻采集點存儲天數(shù)按30天考慮。

（4）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在地區(qū)區(qū)域匯聚點組建匯聚節(jié)點局域網(wǎng)，通過以太網(wǎng)交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)信息訪問與共享，同時通過信息綜合網(wǎng)提供的廣域網(wǎng)通道實現(xiàn)與煤塵監(jiān)測中心平臺及接入節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。

（5）附屬設(shè)備。在茶塢工務(wù)段匯聚節(jié)點新設(shè)一套綜合機柜，用來安裝本次工程新增設(shè)備。同時機柜內(nèi)新設(shè)一套KVM。

2.1.3 接入節(jié)點

在前端監(jiān)測點較近的GSM-R基站或車站通信機房設(shè)接入節(jié)點，接入節(jié)點由智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，完成采集點的數(shù)據(jù)流及視頻流的接入。每個接入節(jié)點新設(shè)一套綜合機柜，用來安裝本次工程新增設(shè)備。

2.1.4 前端監(jiān)測點

前端監(jiān)測點由前端環(huán)境監(jiān)控傳感器和前端視頻采集點組成，每個前端監(jiān)測點原則上在鐵路重車側(cè)設(shè)一套采集設(shè)備，主要完成前端環(huán)境監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)流和視頻流的采集。傳感器類型包括溫度、濕度、風速、風向、TSP、PM10懸浮顆粒物等。

為了對鐵路沿線采集到的監(jiān)測點日常粉塵、氣象數(shù)據(jù)進行比較，本工程在茶塢工務(wù)段管轄范圍設(shè)1處基準站?；鶞收镜攸c選擇在鐵路沿線以外，監(jiān)測數(shù)據(jù)為該區(qū)域日常粉塵、氣象數(shù)據(jù)，用該數(shù)據(jù)作為其它監(jiān)測點數(shù)據(jù)的對比值。

本工程共設(shè)13個監(jiān)測點和1個基準站，分布如表2。

2.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)利用太原局集團有限公司信息綜合網(wǎng)及接入層傳輸網(wǎng)承載。

2.2.1 前端監(jiān)測點至接入節(jié)點網(wǎng)絡(luò)通道

前端監(jiān)測點均位于鐵路沿線，接入節(jié)點按就近原則選擇區(qū)間基站或車站通信機房。本工程前端監(jiān)測點至接入節(jié)點直埋敷設(shè)16芯光纜，通過多功能工業(yè)光電轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)前端監(jiān)測點至接入節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸。

2.2.2 接入節(jié)點至地區(qū)匯聚節(jié)點網(wǎng)絡(luò)通道

接入節(jié)點位于GSM-R機房或通信機房，接入節(jié)點通過傳輸設(shè)備以太網(wǎng)通道匯聚至茶塢工務(wù)段地區(qū)匯聚節(jié)點。

根據(jù)需要對既有傳輸、數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備擴容以太網(wǎng)板。

2.2.3 地區(qū)匯聚節(jié)點至監(jiān)測中心網(wǎng)絡(luò)通道

茶塢工務(wù)段地區(qū)匯聚節(jié)點通過信息綜合網(wǎng)接入煤塵監(jiān)測中心平臺。

2.3 供電

煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測中心及匯聚點新增設(shè)備所需外部電源由既有信息機房提供;接入點新增交換機、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、多功能工業(yè)光電轉(zhuǎn)換器采用交流220 V供電，由GSM-R機房或車站通信機房既有交流電源提供。為了提供可靠電源，在接入點通信機房新設(shè)UPS（1 kVA/3 h）不間斷電源。

前端監(jiān)測點電源采用220 V交流電源，由鐵路供電部門提供，具體方案如下：

2.3.1 供電負荷的分布及電源選擇

（1）用電負荷及負荷等級。本工程前端監(jiān)測點設(shè)備用電負荷每處約為0.1 kW，用電負荷主要分布在各車站、工區(qū)、鐵路隧道洞口等，前端監(jiān)測點設(shè)備用電為二級負荷用電。

（2）既有供電設(shè)備概況及電源選擇。大秦鐵路全線有10 kV一級負荷貫通線和綜合負荷貫通線各一回，區(qū)間以10/0.4 kV桿架式變臺供電為主，工區(qū)及隧道內(nèi)以10/0.4 kV箱式變電站供電為主。

2.3.2 供電原則及供電方案

（1）供電原則。二級負荷接引一路可靠電源供電。

（2）供電方案。為滿足全線14處監(jiān)控設(shè)備的用電需求，擬從用電負荷點附近的箱變或變臺的低壓出線側(cè)引一路可靠220 V低壓電源供電，電纜采用VV22-0.6/1 kV型電力電纜，對于用電負荷點附近無變臺或箱式變電站的設(shè)備，需新設(shè)10/0.4 kV桿架式變臺為其供電，電源取自10 kV綜合貫通線。全線負荷分布及電源接引位置情況如表3。

3 結(jié)束語

煤塵監(jiān)測系統(tǒng)在大秦鐵路的應(yīng)用，可以實現(xiàn)煤塵監(jiān)測中心對大秦鐵路沿線煤塵引起的環(huán)境污染進行實時監(jiān)測，并能夠?qū)ξ廴境潭取⑽廴痉秶约艾F(xiàn)場視頻進行數(shù)據(jù)分析、處理、存儲及數(shù)據(jù)調(diào)看。

大秦鐵路煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，新的環(huán)保技術(shù)在貨運鐵路上的應(yīng)用，是大秦鐵路煤炭運輸與環(huán)境保護的深度結(jié)合，也為鐵路運輸和綠色生態(tài)和諧發(fā)展提供了寶貴應(yīng)用經(jīng)驗。

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