地铁运营防灾监控系统的设计与实现

翁勇南 芦 毅 徐田坤 邱 魏

1.北京市地铁运营有限公司地铁运营技术研发中心 2.北京市地铁运营有限公司安全监察室3.富奥通科技（北京）有限公司

随着北京地铁快速发展，运营线路不断增多，运营里程不断增加，其中地面线和高架线所占的比重越来越大，地铁运营受到强风、暴雨、大雪、大雾等极端天气的影响越来越显著。尤其是近年来极端天气发生的频率越来越高、危害越来越大，如北京遭遇“6·23”、“7·21”暴雨灾害天气导致地铁洞口积水、车站进水、路基坍塌、水淹没第三轨等导致部分线路中断运营，同时带来的次生灾害如部分线路客流剧增、车站滞留大量人员，给运营安全带来巨大隐患，因此，如何对极端天气进行实时监测、预警、报警、预测，如何快速、准确的获得现场信息，如何第一时间做出正确的判断、并依据灾害严重程度采取相应紧急处置措施，最大限度防范风险、规避灾害，防止或减轻因灾害引发的损失，避免次生灾害，将灾害造成的损失降到最低，保障运营安全成为当前亟需解决的问题。面对严峻的安全生产形势，继续开发一套集风、雨、雪、雾等灾害信息自动采集、汇总、分析的系统，实现监测信息分布获取、集中管理、综合运用，全面掌握灾害动态，提供及时准确的灾害报警和预警功能和指导，为地铁安全运营提供保障。

1 地铁运营防灾监控系统设计方案

1.1 系统设计目标

地铁运营线路涉及地面线、地上线、高架线，线路架设复杂，不同线路收到气象灾害的条件也不尽相同。因此，对灾害的监控装置应具备适应性、实时性、准确性、安全性、可靠性五大特点。系统应充分利用现代通信技术、计算机及网络技术和软件工程技术，建立并开发基于面向服务架构模式的地铁防灾监测综合预警系统，实现对危及行车安全的各类自然灾害的监测，并对监测数据进行集中管理、分析处理、综合利用，能对地铁运营防灾起到积极的安全保障作用。

1.2 系统总体设计方案

地铁运营防灾监控系统由三部分组成：位于现场的前端采集站点；位于后端的接收服务器、数据库和 Web服务器；分布于各地的用户终端。三者通过有线或无线通讯网络构成有机整体，实现数据采集、数据存储、数据管理、和数据报警等功能。系统总体方案，如图1。

前端采集站点分布在较易受到气象灾害的典型站点，如地铁沿线洞口、试验段或高架线上，数量可达多个。采集装置对各种气象要素进行测量，记录测量数据，经过处理后保存，并根据服务端命令或定时上传至中心站。根据观测要素不同，采集前端分为气象采集前端、雨量水位采集前端和轨温轮轨力采集前端三种。

通过Web 服务器上部署监测网站，将所有观测数据都发布在网页上，可以通过网页进行数据查询、数据下载、系统管理等操作。由于采用B/S架构，用户终端不需要专门的设备和软件，只需要一台接入网络的计算机和 IE 浏览器通过授权即可进入系统，实现数据查询、下载等功能，从而大大节省了经费，提高了系统使用效率。

地铁运营防灾监控系统能够精确、及时地监测地铁环境状况，并且能够与相关部门的其它监控子系统相结合，实现智能化的地铁防灾保障网络系统，为地铁运营管理部门针对地铁运营权限的开放、封闭、维修保障等决策提供了重要依据。该系统可对能见度、风向、风速、温度、湿度、雨量、雪深等要素进行自动监测。

2 地铁运营防灾监控系统实现

2.1 监控传感器布点原则

根据北京市实际气象特点及项目检测气象参数内容，在安装监控传感器之前应首先明确测试点的选点原则，即对高架地面线路、地面高大建筑物间、地面风口处、轨道半径较小地段、河流上、车辆段洞口处、车辆段低洼防汛重点处等位置因素综合考虑。具体不同类型传感器布点原则，见下表。

表 监控点选点原则

2.2 监控传感器安装

（1）气象综合监测模块传感器安装。

气象综合模块涵盖温湿度、雾、气压、风速等方面测试，系统采用一体式立杆形式，因此要求安装稳定、牢固。首先，需进行底座安装，安装一个500mm×500mm×400mm的一个水泥基础。按照定位板的位置来提前安放地脚螺栓，待3天凝固后，再行安装杆体。杆体为1节，总高3m。提前将设备固定在杆上，再将杆体套在定位板上即可。

（2） 轨温应力监测模块安装。

轨温应力模块首先应在钢轨垂直面上选择好中心点，中心点离钢轨底面的高度是81.2mm。应变花固定到离中心点110mm位置。其次，为保证安装质量，应对钢轨进行打磨、抛光；最后，需要完成粘贴应变花组桥、防水防潮处理密封、固定采集盒体、标定架水平力校准等一系列工作。

（3）雨量水位监测模块安装。

雨量监测模块实施必须要完成雨量桶、水位传感器、机箱、视频监视器和水位的部件的安装。安装必须要根据施工工艺规范，编制该工程的施工工艺流程及施工工艺方法。合理安排施工步骤，组织施工作业面，以减少环节，缩短工期，提高效率，确保工程质量和工程进度。

2.3 系统监控平台实现

地铁运营防灾监控平台负责对所有前端数据的接收、存储和处理等工作，这些工作都通过软件来完成。因此，PC端监控系统是整个数据采集监控系统的核心，直接决定着整个系统的性能。由于地铁防灾系统观测站点数量多、要素种类多，数据量大，数据处理复杂，对数据产品的实时性要求高，并且还要作为数据库服务器，一般计算机的性能无法满足系统需要。因此，本文选择高性能的专用服务器作为上位机，以 Windows Server为操作系统，并以 DB2数据库作为数据存储和管理平台。在此基础上，采用 Java 语言开发系统监控软件，完成数据采集、数据审核、数据存储、数据管理及系统监控等功能，系统出现故障时可以通过短信收发模块发送报警短信。系统监控平台功能结构，如图2。

（1）监控信息查询模块。

监测信息查询模块可以允许用户实时、动态的对气象、雨量、轨温等传感器监测的信息进行展示和查询。该模块可以对监控信息进行数字化和图形化两种方式的展示，对于安装雨量监控摄像头的站点，可以实现视频监控。监控信息查询模块实现图，如图3。

（2）监控数据管理模块。

监控数据管理模块可以对监控的历史数据进行有效管理，该模块包含历史数据查询、数据报表展示和数据备份等功能。

（3）报警信息管理模块。

地铁运防灾监控系统不仅可以实现运营数据监测，同时还可以对实现数据报警功能，即通过预先设定的阈值来判断现场监控数据的安全性，当监控数据超过阈值时，除在系统内进行报警外，还可以通过短信、邮件等多种方式实现报警。

（4）系统管理模块。

系统管理模块是地铁运营防灾监控系统的基础模块，通过系统管理模块，管理员可以实现对系统的基本管理，改模块包括用户管理、日志管理、联系人管理等多项管理功能。

3 结束语

地铁运营防灾监控系统是一套架构于通信传输系统之上的集风、雨、雪、轨温等信息自动采集、存储、传输及分析的综合系统。该系统通过对极端天气条件下的数据进行采集、分析和预警，为调度员、司机采取相应措施提供标准和依据，为事前预防事故、规范安全操作标准、加强高风险区段监测以及新线设计提供参考依据，该系统的设计与实现对于推进地铁信息化建设和提高管理能力具有重要而深远的意义。