浅谈铁路降雨量自动观测系统

程驰，徐学存

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

浅谈铁路降雨量自动观测系统

程驰，徐学存

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

为了减少降雨对重载铁路行车安全的影响，针对蒙西运煤通道的实际需求，本文提出建立一套可以实时监控降雨量的系统，该系统可实现降雨量数据实时观测、标准化的数据中心搭建和数据的实时上传等功能，以达到提前预警的目的，最大程度降低运营安全风险。

降雨量；自动观测

目前，为了缓解国家资源分布不均、东部能源使用紧张的情况，国家正在加速建设高速重载货运铁路，将要开工建设的高速重载铁路(蒙西运煤通道)将极大缓解我国煤炭资源运输的紧张情况。重载铁路蒙西运煤通道线路长，沿线跨越7省区，气候环境、降雨量等差异较大，特别是湖北、湖南、江西等地降雨季节较长，降雨强度较大，加之南方地区河网密布，地基条件多以软土路基为主，长时间的持续降雨容易造成重载铁路软土路基沉降和河道冲刷，严重影响重载铁路行车安全，造成安全和环境隐患。为了减少降雨对重载铁路行车安全的影响，需要建立起一套可以实时监控降雨量的系统，以达到提前预警，最大程度降低运营安全风险。

目前在铁路建设、运营领域，还没有专门的针对降雨量自动监控的比较成熟的、具备一定规模的监控网络平台系统，本文主要是结合科研课题针对蒙西运煤通道的实际需求，在监控系统的降雨量数据实时观测、标准化的数据中心搭建和数据的实时上传方面进行重点研发和优化设计。

1 系统概述

本文研究的雨量自动观测系统主要采用雨量计作为现场测量仪器，就地收集数据，通过GPRS网络进行拨号接入互联网，将现场设备接口模拟至特定的服务器，计算机通过接入互联网访问该服务器，将虚拟的端口再映射到本地，从而实现与现场设备的直接通信。

2 系统设备组成

本雨量自动观测系统主要包括硬件组成及数据中心两部分。

其中硬件组成包括：雨量计、自控设备、GPRS无线信号传输装置以及太阳能蓄电池供电装置；数据中心主要是计算机或其他终端可以通过程序接受/发送数据，最终将硬件收集的信息反馈给客户端软件使用者，以实现程序编写、数据实时上传等功能。

3 系统工作原理

雨量计将降雨量这一物理量转换成模拟数字信号传输至自控设备，自控设备对模拟数字信号进行AD转换、计算，结果存储在自控设备中。当需要发送降雨量信息时，自控设备将降雨量数据送至与之相连的SIM卡上以数据的形式发出。

当数据中心客户端收到SIM卡发出的数据信息后，会通过相应的软件自动将收到的数据信息进行判断、处理。同时，通过软件也可向自动观测设备发送相应的指令信息。当观测设备收到相应的指令信息后会自动将收到的信息送至与之相连的自控设备，自控设备对收到的指令信息进行判断，然后完成相应的操作。

4 系统硬件设计

雨量自动观测系统的硬件主要由雨量计、自控设备、太阳能供电装置组成。自控设备主要由数据处理模块、无线传输模块组成，可实现数据处理、数据存储、开关量输出/输入、串行通信接口等功能。

(1)本自动观测系统选用的是翻斗式雨量计：该雨量计是由感应器及信号记录器组成的遥测雨量仪器，感应器由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧开关等构成；记录器由计数器、录笔、自记钟、控制线路板、信号输出端子等构成。

(2)数据处理模块主要是由智能数据采集分析模块(RTU)、AD转换电路、数据存储等，完成对模拟信号的AD转换、计算、存储、显示等操作。雨量自动观测点位大多地处偏僻地区，普遍无法实现交流供电，针对这种问题，本雨量观测系统采用太阳能电池板+蓄电池的直流供电方式。太阳能电池只能在光照下给蓄电池充电，而系统在必要时需要连续工作，因此设备必须尽可能降低对蓄电池电能的消耗。

(3)无线传输模块(DTU)主要是指GPRS无线数据传输模块及其与数据采集分析模块(RTU)连接的接口电路，完成数据信息的发送和接收任务。GPRS无线数据传输模块内安装一张开通GPRS功能的SIM卡。监控系统通过GPRS无线数据传输模块与上位机终端服务器组成一个通信网络，实现系统的远程数据传输。

5 系统数据中心

针对整套降雨量自动监控系统，其核心部分是搭建一套完整的数据中心，以实现程序编写、数据实时上传等功能。

数据中心主要包含三个设计目标：①建立一个可以接收远程数据的服务器系统，包含编写一个接口程序以及数据库等；②编写基于本设计服务器系统的访问客户端，客户端包括计算机应用程序、基于互联网浏览器的页面、智能手机终端应用3种不同类型；③编写一个计算机演示程序，可在脱机状态下展示本设计服务器系统的全部功能。

根据设计目标，数据中心拟按照如下总体框架搭建，主要包括服务器系统和演示程序两部分。

6 系统主要功能

6.1 滑坡预警

根据铁路沿线布设的雨量自动观测系统，在一个地区的滑坡易发区划或危险区划，结合降雨临界值，可以设定不同的预警级别，实时监测雨量加上该区域预报雨量，就可进行滑坡预警预报。

利用密集布设的雨量自动观测点位，即可在铁路运行期间提前进行警示 (尤其当有极端气候条件出现时)，可以为铁路运营单位有针对性地采取临灾措施提供有力的帮助。

6.2 路基沉降预警

长时间的持续降雨容易造成重载铁路软土路基沉降和河道冲刷，严重影响重载铁路行车安全，造成安全和环境隐患。

针对铁路沿线特别是松软路基及易积水路段，结合路基沉降观测设备，可以根据雨量观测点位布设的某段具体线路，精确进行路基沉降预警。

6.3 地下水文情况变化趋势分析

根据数据中心客户端软件可对水文情况变化趋势进行分析，主要包括隧道排水量～降雨量相关性分析、地表水水位～降雨量相关性分析等。

7 系统应用效果及前景

(1)利用该系统可以实现对水位、流量、雨量进行自动数据采集，并通过GPRS网络将数据无线传输至数据中心客户端软件。投入使用后可大幅提高雨量自动观测系统工作的效率，并可以节省大量人工成本。

(2)雨量自动观测系统由现场设备、数据采集与无线传输模块、计算机等硬件组成，并通过数据中心软件实现对远程数据的采集、存储与分析，并提供给用户访问。

(3)通过拓展传感器、测量仪器，结合地理位置信息，进一步开发数据中心客户端功能后，该系统还可应用于各种需要进行远程无线环境监测的场合，是目前铁路建设、运营期间环境监控工作值得推广的一种自动化系统。

[1] 张瑞芳，黄忠平，刘峰，等.基于GPRS的客车远程监控系统设计[J].铁道机车车辆，2010，4(30)：40-45.

[2] 刘志雄，余臻，陈燕萍.GPRS DTU数据中心的通信设计[J].工业控制计算机，2007(12)：26-29.

[3] 王志伟，沈杰峰，郭启峰，等.基于Socket 的GPRS远程数据采集方法[J].西华大学学报(自然科学版)，2006(25)：36-38.

[4] 黄金国.基于web技术GPRS技术的远程测控系统设计[J].电力自动化设备，2011，10(3)：40-42.

[5] 罗云燕.水情远程监控系统的设计与实现[D].成都:西南交通大学, 2002.

Discussion of Rainfall Automatic Monitoring System in the Railway Operation Period

CHENG Chi，XU Xuecun

(EnergySaving&EnvironmentalProtection&OccupationalSafetyandHealthResearchInstitute,
ChinaAcademyofRailwaySciences,Beijing100081,China)

In order to reduce the impact of rainfall on the railway safety and to meet the actual demand of the Mengxi heavy load railway, it is necessary to establish a real-time rainfall monitoring system, which has functions as rainfall data real-time observation, standardized data center and data upload.This paper is about the research of the rainfall automatic monitoring system, and to reach the achievements of early warning and operational safety.

rainfall; automatic observation

2015-12-29；

2016-01-13

中国铁道科学研究院青年基金项目《重载铁路(蒙西运煤通道)沿线雨量自动观测系统研发报告》(编号：2014YJ034)。

程驰(1984—)，男，河南洛阳人，硕士，助理研究员，主要从事铁路项目施工期环境监控和铁路项目竣工环境保护验收调查工作。

2095-1671(2016)01-0008-03

X924.4

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