哈大铁路客运专线雪深监测系统研究.docx

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1、其他哈大铁路客运专线雪深监测系统研究 王志斌( 铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)摘 要: 根据对国外雪深监测系统的调研，结合哈大客运专线的工程特点，分析雪深监测需求，提出雪深监测点的设置方案和哈大客运专线铁路雪深系统的构建方案，为高速铁路、客运专线防灾安全监控系统的雪深监测的设计 和建设提供借鉴和参考。关键词: 哈大客运专线; 高速铁路; 雪深监测; 防灾安全监控中图分类号: U238;文献标识码: A文章编号: 1004-2954( 2012) 05-0165-04U293. 2Approach to Snow Depth Detecting System onHarbin

2、 Dalian Passenger Dedicated LineWang Zhibin( The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300251)Abstract: On the basis of the investigation and study of the snow depth monitoring system in foreigncountries and in view of the characteristics of Harbin Dalian Passenger Dedi

3、cated Line engineering practices，this paper analyzes the demand for snow depth monitoring，proposes the program to establish snow depth observation points and the monitoring system on Harbin Dalian Passenger Dedicated Line， which may serve as references for the design and construction of an disaster

4、prevention and safety monitoring system with snow depth detectionKey words: Harbin Dalian Passenger DedicatedDisaster prevention and safety monitoringLine; High-speed railway; Snow depth detecting;害都比较严 重，这 些 年 来，对 于 灾害的研究也比较透 彻; 在北欧纬度较高的地区，比如瑞典、芬兰，冬季雪灾 也很严重，为了满足铁路安全运营的需要，也建立了一 套较为完善的雪灾防护系统。国外铁路对于雪灾

5、的应对是全方位的，包括车辆 耐寒、耐雪构造的改进，站前建设防护，雪灾监测设备， 道岔融雪，雪崩预测，冻雨监测设备，机械化除雪设备等，并制定了完善的雪灾运行管制办法。雪灾监测设备包括: 降雪计、积雪深度计、自动控 制部分以及 除 雪 ( 融 雪) 设 备 等。表 1 是 东 日 本 公 司国外高速铁路雪深监测系统概况1我国客运 专 线 对于灾害防护研究的基础资料较 少，相比之下，日本和欧洲的高速铁路技术相对成熟， 日本高速铁路的发展已经有近 50 年的历史，日本是一 个灾害多发的国家，其北部纬度较高的地区，每年的雪收稿日期: 2012-02-02作者简介: 王志斌( 1980) ，男，工程师，毕

6、业于西南交通大学通信工程专业，工学学士，E-mail: tjwzb sohu com。檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾6李杰 高速铁路工程的 项目计划与控制研 究J 黑 龙 江 对 外 经贸，2009，1( 10) : 75-76朱宏 光，等 客运专线系统集成项目管理研 究J 2009，10 ( 2 ) :61-64张朝勇，王卓甫 项目群协同管理模型的构建及机理分 析J 科 技进步与对策，2008，25( 2) : 49-54刘翔 协同 管 理 方 法 研 究J 技术经济与管理研究，2004，12( 5) : 11-1711 孙彰

7、林 轨道交通工程项目集成化管理系统模式探索J 城市轨道交通研究，2006( 11) : 121-12712 刘伊生，李清立 京沪高速铁路建设管理模式的研 究J 北 京 交 通大学学报，1999，2( 5) : 101-10513 吴乃安 武广铁路客运专线 四电接口工程管 理J 铁 道 建 筑，2010( 5) : 163-16614 王咏范 项目管理在信息系统集成项目中的应用研究J 中国海 洋大学，2009( 4) : 56-6315 韩宗海，刘振 元，包 晓 春 项 目 管 理 信息系统集成及其发展趋势 J 计算机科学，2006( 6) : 81-8778910 吕祥 企业多项目管理的理论与

8、方法研究D 成都: 西南交通大学，2005铁道标准设计RAILWAY STANDARD DESIGN 2012( 5)165王志斌哈大铁路客运专线雪深监测系统研究其他大雪时列车运行控制标准。间较长，气温较低，容易造成积雪，形成危害。表 1积雪深度与列车运行速度表 2哈大铁路客运专线沿线各地积雪深度cm地点大连大石桥鞍山沈阳铁岭开原昌图运行速度 / ( kmh 1 )245210160110停止运行最大积雪深度21242728222626轨面上积雪深度 / cm9 1717 19 19 22 22 30 30 以上地点四平公主岭长春德惠扶余双城哈尔滨最大积雪深度222530252517172 哈

9、大铁路客运专线雪深监测系统需求分析2. 2 雪灾分析在冬季，下小雪对铁路运输并无大碍，但大雪或飞 雪会严重影响运输安全和运输效率，而雪崩则可能造 成铁路安全事故。总结多年来国内外铁路受雪灾影响 主要包括由于一般大雪、湿雪、大风搬运造成的积雪堆 积、黏附雪、雪崩、结冻、冰雪引起的线路空间障碍，大 风卷起的飞雪等对轨道正线、道岔、车厢车体、轨旁设 备、牵引供电系统造成的危害。表 3 为雪灾危害分析。哈大铁路客运专线沿线地处我国东北三省，属于降雪多发地区，存着潜在的雪灾影响，有必要设置雪深 监测系统。2. 1 雪灾危险性分析根据收集的气象部门资料，哈大铁路客运专线沿 线 1971 年至 2000 年

10、最大积雪雪深统计见表 2。各地降雪初终期从 11 月开始至次年 5 月，跨度时表 3 雪灾危害分析是否可通过设置雪灾监测系统预防或避免危害一般的大雪，可能造成铁路轨道上积雪过多轨面湿滑，导致制动性能下降道岔因积雪而不能灵活转换，导致列车无法正常运行 在有暴风雪或初春时节发生雪崩时可能引起视程障碍，还会掩埋轨道与道岔，导致列车停车或者降速行驶，致使列车误 点，严重时会引起列车脱轨和颠覆，或建筑物损坏、隧道产生裂纹在电气化铁路区间，停车时间一长，由于积雪质量加大，架式受电弓会脱离接触网而坠落，从而自动切断电源 湿雪可能造成除雪困难，植被被压坏; 风刮起的雪堆可能造成道岔失灵，除雪困难 黏附雪会压断

11、牵引供电和信号供电电线，使架式受电弓坠落，车辆破损; 雪崩可能造成列车脱轨倾覆，房屋损坏 结冻可能造成钢轨偏位，道岔失灵，房屋损坏; 由于隧道渗水会发生线路空间障碍，如隧道内出现冰溜，侧壁出现冰堆等， 会严重影响行车安全飞雪( 地面雪被风吹起) 会造成转向架和走行部积雪，导致制动距离增大甚至刹车失灵，影响列车安全，雪落后会产生次 生灾害 气温偏高条件下，降落黏着力大的湿雪时，会造成线路除雪困难，铁路沿线的树木会不堪湿雪重压而倒伏在轨道上，会造 成通信线路与电线被压断，影响列车的正常运行在雪少的寒冷地带由于地表水冻结，还会导致钢轨偏移是是是是是是是2. 3 雪深监控功能定位根据表 3 对雪灾危害

12、的分析，雪深监测子系统应 具有实时监 测 积 雪 深 度、降 雪 量、降雪强度等雪灾信 息，并根据事先设置的预警门限，实时报警，提出行车管制预案，保证行车安全的功能。另外报警信息发送 至工务维护部门，采取应对预案，进行行车管制，并由 相应部门采取清除融化积雪等措施，保证客运专线高速、正点运行。点的设备，将监测到的雪量等信息传送至防灾数据处理中心。3. 3数据处理根据基本的雪量、雪深和雪压及其他气象信息、线路信息和行车信息，对积雪进行综合分析。3. 4报警输出、行车管制根据采集及处理后的积雪信息，按照报警原则，以及根据雪灾的特点，合理进行报警输出。按照事先制定的行车管制办法，将雪灾对高速铁路的影

13、响降到最小。( 1) 首列车的积雪深度报警门限及限 速 参 考 值 如下:9 cm轨面 积 雪 深 度 17 cm 时，限 速 245 km / h以下;17 cm轨面积雪深度 19 cm 时，限速 210 km / h以下;19 cm轨面积雪深度 22 cm 时，限速 160 km / h以下;22 cm轨面积雪深度 30 cm 时，限速 110 km / h以下;3雪深监测系统的总体功能雪深监测系统基本功能包括: 信 息 采 集、信 息 传输、数据处理、报警输出、行车管制、设备维护及智能统 计分析。3. 1信息采集主要采集监测点的降雪量、积雪深度、积雪质量、降雪强 度、融 雪 水 量 (

14、降 雪 后 自 然 条件下的融雪水 量) 、气温、风速风向。3. 2 信息传输通过现场设置的数据传输设备及设置在临近接入铁道标准设计RAILWAY STANDARD DESIGN 2012( 5)166王志斌哈大铁路客运专线雪深监测系统研究其他轨面积雪深度30 cm 时，停运。( 2) 列车调度员利用 CTC 行调台，以设置 和 取 消临时限速为手段，使列车自动限速运行; 同时，也可以 借助调度电 话、CTC 系 统的调度命令无线传输功能， 将强降雪临时限速命令及时传送至相应列车。3. 5 设备维护系统具备自检功能，网管功能，能够实时监测网络 设备的状态、监控单元的状态，各传感器的状态。3.

15、6 智能统计分析综合考虑历史数据的分析，结合线路情况、地形等 分析积雪可能产生的影响，同时智能统计分析还包括 对线路上实测的数据进行统计分析，为今后的雪灾监 测提供数据的积累。息。这些信息对于雪灾监测的选点有重要的参考作用。( 3) 选点分析过程一般的，对于累年积雪深度都比较大的地区布点 相对可以比较密集，一般选择在供电和通信比较方便 的监控单元附近布置。而对于累年积雪相对较小的地 区的布点需要仔细分析，以 DK71 + 900 点处的选点过 程为例，该处轨面和路面的高差不大，纵断 面 图 如 图 1 所 示。铁路线路平面如图 2 所 示。结合实际线路现场三维地图，HDKZ 30( DK71

16、+900) 处垂直于铁路线方向的地形如图 3 所示。平行于 铁路方向的地形如图 4 所示。雪深监测点设置方案4根据哈大铁路客运专线的线路平纵断面资料，气象要素等资料，结合以上通用布点原则，分析哈大铁路 客运专线雪灾监测系统现场监测点布点原则。一般根据积雪历史数据，结合线路的特点和雪灾 系统的实施特点，进行综合考虑选点。积雪的历史数据包括 3 种: 有无降雪、降雪量、积 雪深度，而降雪量和积雪深度更能反映该地区雪害的 严重性。线路勘测的平面图、纵断面图，以及基站、车站的 布置图，都可以作为选点的输入。下面针对哈大铁路客运专线积雪监测，对选点的 各个环节进行详细的阐述。( 1) 收集历史积雪深度数

17、据收集了哈大铁路客运专线沿线大连、营口、海城、鞍山、沈 阳、铁 岭、四 平、长春和哈尔滨等城市的自 1951 年以来的最大积雪深度，如表 4 所示。这些城市 中，沈阳、四平、长春、哈尔滨的积雪超过 10 cm 和超过15 cm 年份很多，鞍山和长春超过 20 cm 积雪的年份很 多，因此建议在长春、鞍山、沈阳、四平、哈尔滨等地，特 别是长春和鞍山一带多布置积雪深度计。图 1 设置点纵断面图 2 设置点平面图 3 设置点地形图一图 4 设置点地形图二结合通信基站设置表，该点据基站较近。结合上述信息，分析如下。该点处于鞍山至大石桥之间，盛行风向为东北风 或北风，前方有山坡为迎风侧，可能会形成风吹雪

18、堆 积，该处距离基站较近，供电和通信比较方便，因此选 定该点作为积雪监测点。( 4) 选点原则结合以上选点过程，得出哈大铁路客运专线雪灾 监测现场设备布点原则如下: 历史积雪深度小于最小 积雪报警阈值的地区一般不需要监测; 历史上经常出 现积雪深度 20 cm 以上的地区必须考虑 积 雪 监 测; 布 点应考虑铁路沿线供电和通信; 容易大风搬运造成积 雪的深路堑要重点布置; 为方便与道岔融雪设备的联 动，可考虑设置在道岔区段附近; 国家气象部门在降雪 量的观测时是纳入降水量观测的，收集数据时需要注 意降雪的季节性。表 4沿线最大积雪深度统计最大积雪深度 / cm超过 10 cm年数超过 15

19、cm年数超过 20 cm年数城市大连营口 鞍山沈阳四平 长春哈尔滨23222422224641235233133322829111313171314841855 哈大铁路客运专线雪深监测系统构成方案设备构成方案雪灾监测系统由现场监测设备、监控单元设备、监 控数据处理设备和监控终端组成。5. 1( 2) 收集线路信息除降雪历史数据外，还需要收集线路信息，包括: 平 面图、纵断面图、基站、车站、深路堑、弯道、特殊地段等信5. 1. 1现场监测设备雪深现场监测设备由激光雪深计、防雷模块、信号隔离采集模块、现场设备箱等组成。哈大铁路客运专167铁道标准设计RAILWAY STANDARD DESIGN

20、 2012( 5)王志斌哈大铁路客运专线雪深监测系统研究其他线沈大段共设置雪深计 8 处，沈哈段设置 10 处。5. 1. 2 监控单元监控单元主要由电源模块、信号输入模块、信号传 输模块、防雷设备等组成，设置 于 通 信 GSM-R 基 站 内 的 600 cm 600 cm 2 200 cm标准机柜内。风雨雪传感器、雪深计、地震传感器等传感器采集 风、雨、雪、地震信息后传输给接口层，接口层将收到的 信息传输给主机层中的主控计算机，主控机将信息处 理加工后上传至监控数据处理设备中的应用服务器。 应用服务器根据规则处理报警、存储和转发信息。主 控机可接受来自应用服务器的命令，实现其他系统接 口

21、和控制条件输出。机柜中的 UPS 为整个系统供电， 可支持电源电量监测和管理功能。UPS 下方是隔离变 压器( 主要用于防浪涌) 、空开、防雷和配电端子，为整 个系统的电源输入、信号输入、电源输出提供结构支持 和防雷保护，系统电源输入支持 2 路 220VAC 输入，具 有隔离变压器保护。同一监控单元应具备同时接入多个不同种类监测 设备的功能。故雪灾监测系统监控单元可采取单独设 置或与其他监测设备合用监控单元的方式设置。备方式，任一台发生故障、任意网络发生故障不影响系统正常运行，提高了整个系统的安全性和可靠性。5. 2网络构成方案防灾安全监控系统监控单元( 设置于沿线相关通信基站、车站、牵引变

22、电所、AT 所内) 、网络汇聚( 车站通信机械室) 、监控数据处理设备、调度所设备、工务终端设 备等构成防灾系统专用网络，其间的联网方式如下:( 1) 防灾监控单元至现场信息监测设备之间敷设 的信号数字内屏蔽电缆传输现场监测信息;( 2) 监控单元与临近网络汇聚点之间 采 用 通 信SDH MSTP 传输系统提供的主备用 1 10 M /100 Mbps标准以太网接口，主备用 1 2 Mbps 通道互联;( 3) 网络汇聚点功能由 通信专业设备实现，汇 聚 临近监控单元通道;( 4) 网络汇聚点与防灾安全监控中心之间采用通 信 SDH MSTP 传 输 系 统提供的主备用 1 10 M /10

23、0Mbps 标准以太网接口，主备用 1 2 Mbps 通道互联;( 5) 调 度 所 设 备、工务终端设备 通 过 通 信 SDH MSTP 传输系统提供的主备用 1 10 M /100 Mbps 标准 以太网接口，主备用 1 2 Mbps 通道互联。5. 1. 3监控数据处理设备6 结语雪深监测系统是防灾系统的子系统，与其他监测子系统共用中心系统，具备雪灾监测的功能。哈大铁 路客运专线在沈阳、长春分别设置监控数据处理设备。 监控数据处理设备由数据库服务器、应用服务器、磁盘 阵列、网络交换机、网络安全设备、维护终端、打印机、 电源设备等组成，详见图 5。客运专线铁路雪深监测系统是防灾安全监控系

24、统的重要子系统之一; 为确保客运专线铁路运行安全，有必要 建设客运专线铁路雪深监测系统。哈大铁路客运专线雪 深监测系统将是我国高速铁路雪深监控系统实施的首例 工程，系统构建及实施应确保其高安全可靠性; 应根据哈 大铁路客运专线雪深监测系统实施及数据积累情况，尽 快确定雪深监测系统技术标准及设计规范，为其他客运专线铁路雪深监测监控系统的建设提供依据。参考文献:1中华人民共和国铁道部 TB106212009 高速铁路设计规范( 试行) S 北京: 中国铁道出版社，2009石锐华 客运专线铁路防灾安全监控系统的构建J 科技创业月 刊，2009( 7) : 29-32石锐华 高速铁路的灾害防护设计J

25、铁道工程学报，2008 ( 6 ) :6-9陈汇远 客运专线综合安全防灾监控系统网络传输J 铁路计算 机应用，2006( 8) : 19-22张新芳 高速铁路、客运专线防灾安全监控系统设计探 讨J 铁 道工程学报，2006( 2) : 71-73沙玉林 铁路客运专线防灾安全监 控 系统方 案J 铁 道 通 信 信 号，2005( 10) : 33-35王强，李红侠 我国高速铁路综合防灾报警系统初 探J 中 国 铁 路，2001( 2) : 57-58中国高速铁路安全对策考察小组 日本新干线安全对策J 中国 铁路，1999( 12) : 47-51王莉 铁路安全综合监控系统开放式集成架构及应用D 北京:北京交通大学，200823图 5 监控数据处理设备构造4数据库服务器为双机热备方式，配 1 套磁盘阵列作为扩展存储设备，内设防灾安全监控各功能子系统 相关监控数据表，存储防灾安全监控各种信息，如风向风速信息、雨量信息、落物监测报警信息、雪深信息等历史记录，以备查询。数据库服务器具备故障自动转 移功能，保证监控数据处理设备稳定运行。应用服务器负责采集监控单元主机传入监测点状态信息及设备状态信息，将防灾安全监控各种数据、报警信 息等历史记录存入数据库服务器。应用服务器为双机热56789铁道标准设计RAILWAY STANDARD DESIGN 2012( 5)168