煤尘监测系统在大秦铁路的应用

张海光

摘 要：煤尘监测系统在铁路沿线设置前端气象、粉尘监测仪及视频摄像机，对沿线环境及现场视频等数据进行采集，采集到的环境及视频数据信息经过存储、分析后通过铁路专网传送至局监测中心平台，以便对铁路沿线煤尘污染情况实时分析。

关键词：煤尘监测系统;大秦铁路;货运铁路

1 需求分析

大秦铁路全长约653公里，起点位于山西省大同市，终点位于河北省秦皇岛市，自西向东依次途经山西省、河北省、北京市、天津市、河北省等行政区域。

大秦铁路是中国西煤东运的主要通道之一，自2004年起，大秦铁路实施持续扩能升级改造，全线货运量逐年大幅度提高，目前货运量已突破4亿吨，成为世界上年货运量最大的铁路线。铁路作为交通运输体系中重要的组成部分，承担着更多的社会责任，国家加大“公转铁”实施力度，铁路公司主动承担着建设“绿色中国”的重任，“绿水青山就是金山银山”，随着铁路货运的深化改革发展，铁路为社会、民生做出了巨大贡献。

大秦铁路在不断提高重载运输生产力的同时，还注重对铁路沿线的环境保护建设。大秦铁路煤炭抑尘工程在沿线建设有固定和移动抑尘站，在一定程度上改善了站台周边的大气环境质量，减少了运输中煤炭的损耗，但是煤尘对铁路沿线的大气环境污染问题还需要进一步的改善解决。

据各省市环保部门及沿线居民反馈和实地现场调查，运煤列车经过时，漂浮的煤尘飞扬，对大气的污染比较严重，造成了非常不好的影响。沿线部分地区的农田和村庄煤尘覆盖问题比较严重，已经严重影响到了农民的农作物产量和农产品的销售以及沿线居民的日常生活。

基于上述原因，迫切的需要在大秦铁路建设煤尘监测系统，实时监测大秦铁路沿线环境数值，以便有针对的采取措施对大秦铁路沿线环境进行治理。

2 技术方案

大秦铁路煤尘监测系统在大秦铁路沿线设置前端气象监测仪和粉尘监测仪，用于采集风速、风向、温度、湿度、气压、PM10、TSP等数据，采集的各项数据信息通过铁路专网汇聚到太原局集团有限公司监测中心平台，经过数据处理分析实时反应大秦铁路沿线气象、粉尘数值情况。同时，在铁路沿线设置前端视频采集点，通过传输网、数据网通道将采集点的视频数据汇聚到地区汇聚节点并存储，监测中心和各监测部门可实现现场视频实时查看或调看，以便对大秦沿线污染情况直观分析。

2.1 系统构成

大秦铁路煤尘监测系统由监测中心平台、地区汇聚节点、接入节点以及前端监测点终端设备组成。

2.1.1 监测中心

本工程煤尘监测系统的监测中心设置在太原局集团有限公司货运调度中心信息机房。监测中心包括平台系统软件、大屏幕显示终端（利用既有）、系统平台、网络系统等，监测中心是大秦铁路煤尘监测系统的核心部分。

（1）平台系统软件。按照软件平台需求，满足对接入煤尘监测系统的各个监测点环境数据、视频图像进行随时调看/查看、GIS地图全景展现、数据存储等功能。整体系统按照分布式处理设计，将系统各任务分担到各个服务器，使系统能够完成复杂的任务。

（2）机房大屏幕显示终端。大屏幕显示终端利用太原局集团有限公司货运调度中心既有拼接电视墙，通过新设两台8路解码器，将本系统全线采集点视频图像实时显示或调看。

（3）系统平台。本工程系统平台不单设硬件服务器，由太原局集团有限公司综合网虚拟化平台提供虚拟化服务器资源。

服务器虚拟化技术是指通过运用虚拟化的技术充分发挥服务器的硬件性能，可以将一个服务器虚拟成多个服务器使用。

本工程虚拟服务器所需资源如下表：

（4）平台客户端。本工程在货运安全监控中心设置煤尘监测系统管理终端1套，工务指挥中心设置煤尘监测系统客户终端1套，用于访问和调看大秦铁路全线范围内的采集点信息。

（5）网络系统。本工程在监测中心组建监测系统平台局域网，通过以太网交换机等网络设备实现信息访问与共享，同时通过铁路信息综合网广域网通道实现与地区汇聚节点的网络互联互通。

2.1.2 地区汇聚节点

本工程在茶坞工务段新设1个地区汇聚节点。汇聚节点设备设置在既有信息机房，按工务段线路管辖范围对前端监测点采集的风速、风向、温度、湿度、气压、PM10、TSP等数据和视频数据进行汇聚、存储和分析，存储的数据和视频信息供煤尘监测中心平台随时调看。

茶坞工务段汇聚节点由平台客户端、流媒体服务器、视频服务器及磁盘阵列、网络设备等及机柜、KVM切换器附属设备组成。

（1）监测平台客户端。本工程在茶坞工务段设一套煤尘监测系统客户终端，用来访问和调看工务段管辖范围内的采集点信息。

（2）流媒体服务器。实现视频转发功能，实现应用层流量负载均衡，提高响应访问的效率，提高带宽利用率，同时根据需要提供视频流格式、信令控制协议转换等设备代理服务。提供流媒体数据转发服务/应用层组播接收并且转发报警信息/进行主动巡检/实时显示监控前端设备状态。将收到的单个视频流复制成多个视频流，转发到多个请求端，使得前端的每个视频通道只占一路视频流的网络带宽，提高网络带宽的有效利用率，降低带宽需求，减少网络拥塞的发生。

（3）视频存储服务器及磁盘阵列。数据的存储采用磁盘阵列IP SAN的形式，为保证数据安全，存储系統采用RAID-5标准构建，以确保数据安全。视频采集点存储天数按30天考虑。

（4）网络设备。在地区区域汇聚点组建汇聚节点局域网，通过以太网交换机等网络设备实现信息访问与共享，同时通过信息综合网提供的广域网通道实现与煤尘监测中心平台及接入节点的网络互联互通。

（5）附属设备。在茶坞工务段汇聚节点新设一套综合机柜，用来安装本次工程新增设备。同时机柜内新设一套KVM。

2.1.3 接入节点

在前端监测点较近的GSM-R基站或车站通信机房设接入节点，接入节点由智能数据网关、网络设备组成，完成采集点的数据流及视频流的接入。每个接入节点新设一套综合机柜，用来安装本次工程新增设备。

2.1.4 前端监测点

前端监测点由前端环境监控传感器和前端视频采集点组成，每个前端监测点原则上在铁路重车侧设一套采集设备，主要完成前端环境监控传感器数据流和视频流的采集。传感器类型包括温度、湿度、风速、风向、TSP、PM10悬浮颗粒物等。

为了对铁路沿线采集到的监测点日常粉尘、气象数据进行比较，本工程在茶坞工务段管辖范围设1处基准站。基准站地点选择在铁路沿线以外，监测数据为该区域日常粉尘、气象数据，用该数据作为其它监测点数据的对比值。

本工程共设13个监测点和1个基准站，分布如表2。

2.2 网络构成

本系统网络利用太原局集团有限公司信息综合网及接入层传输网承载。

2.2.1 前端监测点至接入节点网络通道

前端监测点均位于铁路沿线，接入节点按就近原则选择区间基站或车站通信机房。本工程前端监测点至接入节点直埋敷设16芯光缆，通过多功能工业光电转换器实现前端监测点至接入节点数据传输。

2.2.2 接入节点至地区汇聚节点网络通道

接入节点位于GSM-R机房或通信机房，接入节点通过传输设备以太网通道汇聚至茶坞工务段地区汇聚节点。

根据需要对既有传输、数据网设备扩容以太网板。

2.2.3 地区汇聚节点至监测中心网络通道

茶坞工务段地区汇聚节点通过信息综合网接入煤尘监测中心平台。

2.3 供电

煤尘监测系统的监测中心及汇聚点新增设备所需外部电源由既有信息机房提供;接入点新增交换机、数据网关、多功能工业光电转换器采用交流220 V供电，由GSM-R机房或车站通信机房既有交流电源提供。为了提供可靠电源，在接入点通信机房新设UPS（1 kVA/3 h）不间断电源。

前端监测点电源采用220 V交流电源，由铁路供电部门提供，具体方案如下：

2.3.1 供电负荷的分布及电源选择

（1）用电负荷及负荷等级。本工程前端监测点设备用电负荷每处约为0.1 kW，用电负荷主要分布在各车站、工区、铁路隧道洞口等，前端监测点设备用电为二级负荷用电。

（2）既有供电设备概况及电源选择。大秦铁路全线有10 kV一级负荷贯通线和综合负荷贯通线各一回，区间以10/0.4 kV杆架式变台供电为主，工区及隧道内以10/0.4 kV箱式变电站供电为主。

2.3.2 供电原则及供电方案

（1）供電原则。二级负荷接引一路可靠电源供电。

（2）供电方案。为满足全线14处监控设备的用电需求，拟从用电负荷点附近的箱变或变台的低压出线侧引一路可靠220 V低压电源供电，电缆采用VV22-0.6/1 kV型电力电缆，对于用电负荷点附近无变台或箱式变电站的设备，需新设10/0.4 kV杆架式变台为其供电，电源取自10 kV综合贯通线。全线负荷分布及电源接引位置情况如表3。

3 结束语

煤尘监测系统在大秦铁路的应用，可以实现煤尘监测中心对大秦铁路沿线煤尘引起的环境污染进行实时监测，并能够对污染程度、污染范围以及现场视频进行数据分析、处理、存储及数据调看。

大秦铁路煤尘监测系统的建设，新的环保技术在货运铁路上的应用，是大秦铁路煤炭运输与环境保护的深度结合，也为铁路运输和绿色生态和谐发展提供了宝贵应用经验。

参考文献：

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