强风预测预警设备在上海轨道交通高架及地面线路中的应用

翁春慧

（上海申通地铁集团有限公司，201103，上海∥工程师）

强风预测预警设备在上海轨道交通高架及地面线路中的应用

翁春慧

（上海申通地铁集团有限公司，201103，上海∥工程师）

轨道交通高架及地面线路日常运营易受气象影响，每年汛期台风气候对列车在高架及地面段运行安全造成威胁，干扰了正常运营秩序。介绍了上海地铁运营管理部门分别在轨道交通2号线使用风速测量仪、在16号线利用自动气象站测风系统开展的强风预测预警实践工作。详细阐述了站点的选择、设备的选型，着重分析了自动气象站气象监测系统的选址，及系统功能和系统组成，对上海轨道交通测风试点工作的实践和运营管理的实际运用情况进行了总结。建议将气象监测系统的建设纳入新线规划，优化气象监测的显示，使预警发布更科学、合理。

城市轨道交通；高架及地面线路；强风预测

Author＇s address Shanghai Shentong Metro Group Co.，Ltd.，201103，Shanghai，China

1　研究背景

上海轨道交通已形成网络化运营格局，随着轨道交通网络化运营的深入，线网的运营范范围呈现由市区逐渐向郊区扩展的趋势。

综合考虑上海所处的地理位置、气候特征以及轨道交通线路走向等众多因素，气候对轨道交通运营实际影响的程度和范围不断增大，其中以对高架及地面段线路面临的影响尤为突出。目前，在上海既有运营线路中，仅轨道交通10号线为全地下运行线。经统计，全网车站的共有高架车站84座、地面车站11座，约占全网车站的三分之一。2012年台风“海葵”影响上海期间，多条轨道线路受到台风影响。尤其是轨道交通2号线、6号线、9号线和11号线等线路的郊区段，在运营过程中实行了列车限速运行、缩线运营等措施，甚至发生了临时停运的情况。

目前，上海轨道交通台风应急预案的应急措施主要包括；轨道交通网络运营协调与应急指挥室（以下简称COCC）在接到市气象台发布8级及以上台风预警信息时，发布路网各线高架及地面区段运营列车限速运行的指令；接到10级及以上台风预警信息时，发布运营列车暂停行驶、就近停站的指令。

但在实际的操作过程中，由于市气象局发布的台风预警及风力等级面向全市范围，重点针对区域是长江口及近海区域。因此COCC无法得到实时性、区域性的台风信息，对实际列车运行方案部署无法得到可靠的依据。如果发布限速运行或停运指令过晚，就会使车辆行驶于强风环境中，增加行车事故发生的几率；反之，如果发布限速运行或停运指令过早，又会影响线路的通行效率，降低运营服务质量。准确及时地进行强风预测预警信息发布是目前上海轨道交通运营管理工作中亟待解决的关键问题之一。

2　上海轨道交通2号线风速监测装置试点

上海轨道交通运营管理部门于2012年汛期前曾尝试开展风速监测试点工作，通过在车站安装测风设备装置来获取实时风速信息。

2.1车站选择

上海轨道交通2号线东延伸段从广兰路站到浦东国际机场站，基本呈东西走向，临近长江入海口。在风速监测试点工作中，综合考虑了地理位置、车站类型等因素，确定在轨道交通2号线远东大道站和海天三路站试点安装风速测量仪（车站位置见图1）。远东大道站和海天三路站为高架车站。高架地面段总长约10 km。高架站一层为站厅层，二层为岛式结构站台层。2座车站距离海边均不足1 km。

图1　上海轨道交通2号线东延伸线风速测量试点车站位置示意图

2.2工作设备选型

此次风速监测试点工作采用了YF5-J风速测量仪。该设备在风力作用于风杯时，可产生风速脉冲。经微机计数采样信息后，设备可显示风速、风级等实时信息，并能通过设置开关量实现预警功能。其特点是设备体积小、安装方便、显示简单易懂、易操作。设备安装时，将风速测量仪的室外探测装置（风杯）安装在车站站台层岔区平台空旷处（见图2），安装高度离岔区平台水平位置约为3 m。安装位置选择周边无建筑遮挡处，以减小对测量的干扰；还应控制风杆高度范围，避免极端天气情况下风杆断裂或倾覆后侵入线路。室内显示装置为挂壁式，安装于车站车辆控制室侧墙（见图3），以便于车辆控制室值班员实时监测车站现场风速。

使用风速测量仪时，首先，根据台风预案要求，预设并调节报警参数开关值，以达到报警提示作用；其次，制定设备的管理使用规定，以规范车控室值班员的操作。如设备监测到风速达到预警值，则先由车控室值班员向线路控制中心运营调度进行汇报，再由运营调度根据市气象部门发布的信息、车站信息和司机反馈信息对行车组织方案进行调整；如遇市气象部门发布台风预警时，则还需安排车控室值班员每小时上报1次实时风速监测信息。

图2　YF5-J风速测量仪室外探测装置

图3　YF5-J风速测量仪室内显示装置

2.3试点工作小结

该风速测量仪在2012年汛期前投入试点使用。通过半年的使用，尤其经过是台风“海葵”的检验后，发现该风速测量仪存在以下问题：

（1）测量值与预测值差异大。气象部门提供的风速预报是针对整个区域，而设备所测风速值仅为监测点的实际风速情况，因此实际测量值与气象部门预报值差异大。例如，台风“海葵”期间凌晨气象部门预报风速为8级，而现场设备所测风速仅为6～7级。

（2）信息反馈效率低。在台风预警期间，由于设备安装于车站，故控制中心行车调度无法第一时间掌握实时风速，需反复与车控室值班员进行联系。这样不仅沟通效率较低，而且还会对线路控制中心和车站人员正常行车操作产生干扰影响。

基于上述设备监测风级差异和信息反馈效率的原因，运营调度得到的监测数据并非连续，而且存在信息延时、数值滞后的情况，因此在运营方案组织调整时无法提供有力支撑。

通过该阶段的试点工作小结，对该套风速监测设备的安装、使用提出以下建议：

（1）重视测风设备的选型及安装位置。作为专业的测量计量设备，除了对设备精度和各项参数进行甄选外，重点还要对室外监测装置的安装位置、安装高度、周边环境严格按照相关气象测量标准执行。上述工作应向气象专业部门或人员寻求帮助和指导。

（2）优化监控和信息传递流程。试点设备的显示端安装在车站，虽然节约了投入成本，体现了较高经济性，但影响行车运营指挥的直观性、便利性，降低了作业效率。因此，可以在以后工作中把风速测量仪的终端显示安装在行车调度机构，并对现有信息反馈的步骤进行调整，以减少重复性通信，提高指挥效率。

3　上海轨道交通16号线强风预测试点工作

上海轨道交通16号线（以下简为“16号线”）于2013年12月底开通运营，南至滴水湖站，北到龙阳路站，共设11座车站，其中，地下站3座，高架站8座。线路全长58 km，其中，高架段线路长度约为46 km、地面段线路长约12 km。该条线路坐落在上海浦东新区东南区域，临近海边，且所经之处地势较为平坦。通过对台风历年影响统计，上海市东南部是台风高影响区域，南汇、奉贤和金山地区为台风登陆的最多区域。因此，每临汛期16号线相比其他线路受到强风干扰正常运营的影响程度和可能性较大。

16号线的测风装置试点工作结合了2号线试点工作经验，在新线建设期间开始策划实施。在设备选型及安装选址过程中，轨道交通16号线项目公司同运营管理部与市气象局研究中心取得合作，由气象部门专业人员参与设备的选型、选址工作。

3.1设备选型

16号线试点选用的气象测量装置为气象部门所用的自动气象站。该套装置由传感器、数据采集器、交流电源、防雷器件及安装结构件等组成。其测量指标包括气温、风向、风速、雨量（见表1）。

3.2安装选址

结合16号线运营线路走向、地势位置、周边环境等综合考虑，试点工作共安装了3套自动气象站。选择临港大道站、野生动物园站和治北停车库三处试点安装。临港大道站为线路南端的车站，临近海边。该站为地下车站，其地面有较为有利的安装条件。野生动物园站为东西走向的中间车站。该站为高架结构，其周边无环境遮挡，安装条件较为有利。

表1　自动气象站测量指标

根据《地面气象观测规范》结合16号线安装条件确定安装方式。有条件的按气象规范要求在地面安装，无地面安装场地的选择在站台棚顶安装。

安装的地面应为大小10 m×10 m的平整场地，能较好反映本地较大范围的气象要素特点；力求四周必须空旷平坦，避免建在陡坡、洼地。安装的站台棚顶应空旷平坦、具备避雷设施、便于安装和维护。

表2　自动气象站安装位置

3.3气象监测系统的组成和功能

气象监测系统由自动气象站、GpRS（一种基于包的无线通信服务）通信系统、数据库服务器和终端显示等组成。3个自动气象站监测的气象数据信息（风速、风向、温度和湿度）通过Gp RS无线发射系统传送到位于市气象部门的服务器。服务器接收3处自动气象站数据后进行格式转换，并通过互联网将整理后的数据定时传送给位于客户端的电脑。COCC监控电脑上安装有客户端软件，可每5 min刷新一次实时气象数据。自动气象站不间断地监测沿路关键地段的风向、风速、雨量、气温变化，实时向运行控制部门传送气象数据。气象监测系统组成见图4。

图4　气象监测系统组成图

3.4使用情况

16号线气象监测系统经调试后，已于2014年5月投入使用，其监测界面如图5所示。总结使用经验可知，该系统的优点主要有：

（1）自动气象站安装在线路车站，获取的风速、风向、温度等气象信息真实反映了现场实际情况，且采用专业设备得到的数据准确度高；

（2）监测数据更新频次为5 min一次，终端显示位置安装于COCC，有利于运营调度员第一时间获取气象信息，为行车运营指挥提供有价值的依据。

图5　气象监测系统客户端界面

但是，该系统仍存在有待进一步优化完善的方面：

（1）软件界面提供的气象类信息量较大，虽有助于掌握详细气象情况，但对于非气象专业的运营调度员而言，大量的专业数据容易引起误读或过度解读。如图5显示，仅“风速”一项，野生动物园一个监测站点就有“2分钟平均风速”、“10分钟平均风速”、“10分钟最大风速”、“瞬时风速”、“极大风速”等5项。

（2）风速、风向等数据为气象专业裸数据显示，而非直接的风力等级显示，对调度人员而言直观性不强。

（3）报警功能有待完善，软件界面只显示监测数据，无报警提示。

通过2014年汛期的实际使用，16号线气象监测系统使用的总体情况良好。由于2014年汛期上海市未直接受到高强度台风的影响，故根据气象监测信息进行的台风预警启动、行车方案调整等工作未予实施。

4　建议

近年来，城市轨道交通路网行车运营指挥与气象因素的关联度越来越高，广州、香港等城市都着手开展气象信息的获取方式、预警机制的建设等研究工作。结合上海轨道交通近两年的实践情况，提出以下建议：

（1）气象监测系统的建设应纳入新线规划。在信息设计规划前期工作中，根据轨道交通高架和地面线路的地理位置、线路走向和历史气象数据的分析，提出是否需要建设针对该线路的强风监测系统。提前考虑气象设备建设需求，如预留自动气象站的安装位置，并寻求气象专业部门的咨询意见，结合周边气象部门自动气象站点的布局，在轨道交通线路站点及沿线补充测风设施，以方便实施汛期台风预测预警工作。

（2）气象监测显示有待优化。气象监测系统布局应有利于行车运营调度指挥工作，因此显示终端应尽量考虑安装在线路调度指挥中心。监测所得气象数据应有利于行车人员进行判断和应用（如设置风速阀值或风力等级值）。应及时提供视觉及听觉方式报警，以便于行车调度员在紧急情况下根据气象信息作出及时判断和行车指挥。

（3）预警发布应更科学、合理。强风对轨道交通行车的影响不仅仅是风力的大小，风向因素也尤为重要。轨道交通的远郊线路一般都以高架线路、地面线路为主，且站间距较大，线路走向呈现多方面。因此，根据不同线路走向和不同风向情况为行车运营提供针对性的预警信息，以利于提高行车运营效率、减少强风对运营的影响。

［1］ 魏瑞新.城市轨道交通高架线路获取气象信息的建设方式探讨［J］.现代城市轨道交通，2014（2）：62.

［2］ 李毅雄.香港地铁气象灾害防范技术［J］.中国安全生产科学技术，2007（2）：92.

［3］ 中国气象局.地面气象观测规范［M］.北京：气象出版社，2003.

（Continued from Special Commentary）

vehicles of new energy has been electric-power.They neither consume non-renewable energy resources—petrol or diesel nor emit tail gas.And their noise is low.It can be said that electric buses have all the main advantages that the modern trams have，but their manufacturing costs are much lower than the modern trams＇，and their operations are more flexible than modern trams＇.Those cities that construct modern trams all emphasize the“priority”of modern trams＇passing through the level crossings in order to improve their running speed.But according to observation，this will inevitably reduce the speeds of their crossover-running vehicles，and will also affect the convenience of the public＇s crossing roads.If the passenger transport volume of newly-constructed tram lines actually could not reach 5 000～10 000 person-times per hour，they could not reach the price-quality ratio index that the tram constructions should have.Therefore，this could not help but let me produce a secret worry.I am worried whether or not in a certain number of years of the future，the large-scale demolition of the tram lines will happen again just like it did in the 50s of last century.

On January 8，2016，“The Key Technologies Research and Industrialization of the Energy-saving and New Energy Buses”project led by Zhengzhou Yutong Bus Co.，Ltd.won 2015 National Science and Technology progress Second Award. According to briefings，this time＇s award-winning project underwent 10 years＇key technology problem-tackling to form a number of key technological innovations.Among them，those respects of the whole-vehicle energy-saving and control technology，the conversion technology of high-voltage＇s isolating electric-power source and the high-density electric-driving control technology，etc.are in the international leading levels.At present，the focus of new energy vehicle technologies is in the innovation of battery technology.The power-battery integrated management technology developed in the Yutong projects this time can make the electric buses continuously run at a uniform speed up to over 400 km，reaching the international advanced level.By October 2015，the sales volume of new energy buses of Zhengzhou Yutong（Zhengzhou Yutong Bus Co.，Ltd.），Suzhou Kinglong（King Long United Automotive Industry（Suzhou）Co.Ltd.）and Shandong Liaocheng Zhongtong（Zhongtong Bus Holding Co.，Ltd.）Companies，etc.had reached more than 23 000 units.According to reports，after Zhongtong Company delivered a hundred electric buses to Guanxian County of Shandong province，due to those reasons，such as the electric power consumption＇s being more saving than burning oil consumption，the electric motors costs＇being lower than the petrol engines or the diesel engines costs and electric buses＇being easier to be repaired and maintained，an electric bus vehicle＇s price is lower than a petrol or diesel bus vehicle＇s，etc.，the fares of this county＇s urban and rural bus lines were reduced by half.

Those cities with severe congestion in road traffic in the world，regardless of developed or developing countries，are all constructing all types of public transit systems.The transport capacity of the large-capacity transport systems represented by metro and light rail transit whose right-of-way is unique could respectively reach more than 30 000 person-times/h and more than 15 000 person-times/h.And the BRT system and modern trams whose right-of-way is partly unique belong to the public transit system of medium-heavy transport capacity.Their highest transport capacity can reach up to 10 000 person-times per hour.With the technology advancement of pure electric-power buses of new energy，we can expect that people will more and more adopt pure electric buses of new energy to build the BRT system，so as to provide a riding environment with convenience，low carbon and high price-quality（pQ）ratio for the general public.In order to improve the comprehensive passing-capacity at the level crossing，the“running-fire”operation model of multi electric buses could be taken.This form may as well be referred to as“pre-BRT”.

Recently，I conducted a field survey on electric buses and modern trams，and my new understanding was more determined.The public transit of electric buses is the development direction of China＇s road public transport.It has a strong vitality.Although all my life is to serve the rail transit industry，there should not be a parochial prejudice.The great trend of scientific and technological progress must be conformed to.（Translated by Sun Zheng）

Application of Strong Wind Forecast on Shanghai Rail Transit Elevated and Ground Metro Lines

Weng Chunhui

Rail transit operation on the elevated and ground lines is frequently affected by the hazard weather.The annual flood and typhoon seasons bring about serious risks to metro trains running on the elevated and ground lines，and directly disturbs the railway transport operation plan.In recent years，Shanghai Metro Operation Management Department adopt wind speed measuring instrument and automatic weather monitoring systems on Line 2 and Line 16 respectively，to carry out the practice of strong wind forecast.In this paper，the practice work of strong wind forecast and operational management of Shanghai rail transit are summarized，some rational suggestions are proposed for the new line planning and the optimization of meteorological observation，so as to make the wind forecast more scientific and reasonable.

urban rail transit；elevated and ground line；strong wind forecast

p 425.4+7∶U 233

10.16037/j.1007-869x.2016.03.029

（2015-06-30）