福州地铁高架区间气象监测系统应用研究

蒲井岗

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510010）

1 研究背景

由于我国气候多变，每年台风天气频发，且风速较高，频繁而强烈的大风及雷电会给地铁列车的运行安全带来极大的挑战，对地铁的出行造成一定的破坏性影响，尤其在高架区间的地段，影响尤为严重。因此，地铁高架有必要设置强有力的防风和防雷保护措施，并准确获取沿线的风速、风向等气象信息，从而达到指导高架地铁列车安全运行的目的。但由于地铁高架区间构建筑的特殊性——高架区间管线密集，空间狭小，机电设备无处安装，造成高架区间风力检测的设计及施工作业难以开展。因此，我国各地大多数城市轨道交通缺乏对高架区间气象信息的检测措施，或只在高架车站内部设置风力检测装置，大大忽视了对高架段的气象监测。

福州至长乐机场轨道交通帝封江、祥谦、首占均为高架车站。据福州的气候资料显示，每年有大量的时间风速比较高，且台风较多，通常情况下的风况为：历年4-8月常为东南风，9月至次年3月常为东北风，热带气旋常发生在5-11月份，风力一般为6～9级，阵风可达10～11级。频繁而强烈的风况给福州地铁，尤其是高架车站和区间的运行安全，带来了一定的威胁和巨大的挑战。

2 研究目的

本研究拟通过设置福州地铁高架区间的气象监测系统，实现将地铁高架上的气象信息收集并上传至地铁控制中心，对气象进行实时监测。同时，采集到的气象信息与气象部门进行数据交互，再通过信息分享、信息分析、信息预测及反馈后，极大地方便运营监管，大大提高福州地铁运营的可靠性和安全性，减少不必要的损失。

3 研究方案

3.1 方案一：由地铁BAS系统设置传感器测量风速风向[1]

为了使风速风向传感器能够准确、全面地反映出帝封江、祥谦、首占站高架线路段的风速风向信息，需在帝封江、祥谦、首占站3个车站的站外东南方位和西北方位高架桥侧翼设置风速风向传感器。

3.1.1 风速风向测量的实现和使用

风速传感器中的变送器部分先将风力转换为脉冲电信号输出，再由BAS设置在该风速传感器附近的远程监控箱中的I/O模块进行数据采集，并经由车站BAS局域网络、专业之间接口将风速信息传输给ISCS专业，直至地铁控制中心。当风速过高时，进行预警和报警，通知调度人员进行相关处理。

3.1.2 安装方式及防雷措施

风速风向传感器安装处，均采用角钢（L50×5）支架固定的安装方式。同时，需要进行以下两方面的特殊处理。

（1）为避免列车经过时的强大气流对风速风向传感器的测量造成影响或引起误报警，采用支架向高架桥外侧横向伸出1.2 m的方式进行安装。

（2）由于风速风向传感器安装位置比较空旷，高度较高，且为凸起物，因此，需考虑该设备的防雷措施。建议由BAS专业为风速风向传感器设置单独的避雷针，采用φ10 mm的圆钢材料，直接焊接在风速风向传感器的安装支架上，安装支架与高架桥侧墙上的低压配电专业的避雷带进行焊接。安装方式及防雷措施如图1所示。

图1 安装方式及防雷措施大样图

3.2 方案二：采用气象局高架沿线已有气象监测系统提供气象信息[2]

3.2.1 服务内容

气象预报服务内容需包括以下内容。

（1）强对流天气突发性天气预报。突发性天气前1～3 h提供。

（2）高架地铁沿线3 d滚动天气预报。内容包括未来3 d的天气状况、晴雨、温度、风向、风力，重点预报暴雨、高温、雾、大风等天气[3]。

（3）台风预报。即台风未来的移向、移速、强度变化及未来3 d的位置、强度等，图文并茂，视台风离福州的距离定发布的次数，当热带气旋位于北纬10°～25°，东经130°以西时每天服务2次。当热带气旋位于北纬10°～25°，东经125°以西时，每天服务4次。

（4）台风实况。即台风定位、中心强度及大风范围半径等，视台风离高架地铁附近距离的远近确定进行隔6 h、3 h、1 h定位，当发现台风将对高架地铁附近产生严重影响时，发布每半小时1次的定位预报，并作出及时的提醒。

（5）福州市预警信号。福州市台风、暴雨、寒冷、高温、大雾、灰霾天气、雷雨大风、道路结冰、冰雹等预警信号，预警信号发布后即时提供[4]。

3.2.2 传输方式

可采用以下两种方式进行信息的传输。

（1）地铁公司通过气象台提供的用户名和密码直接上气象局网站调用上述气象信息，突发性天气预报则由气象台发送到地铁公司提供的手机上。

（2）利用地铁自身信息平台接收信息。

为保证信息传输的专用性及可靠性，推荐采用第二种传输方式。

3.3 方案三：利用气象局现有系统设备配备在地铁车站设置自动气象监测站的方式

除方案二中所述，利用气象局现有设备所能监测到的信息外，建议在高架区间段列车行驶转弯半径较大处、爬升坡度较大处、列车行驶跨江处设置自动气象监测站，采集逐时气温、气压、风向、风速、降水、紫外线强度，并将这些气象数据双方共享[5]，这有利于气象台作出针对性的高架地铁沿线预报，并对地铁公司今后的日常营运大有好处。

3.3.1 自动气象监测站工作原理

自动气象监测站数据传输主要采用现有的无线网络作为媒体，一方面降低建设成本，另一方面可以提高传输的可靠性。主要支持基于手机短信、GPRS通信方式。同时支持有线通信（基于直线连接、电话拨号方式）。它主要由传感器（包括风速、风向）、数据采集器、供电系统、中心站管理软件等组成。

3.3.2 自动气象监测站安装方式

在车站，自动气象监测站采用不锈钢支架固定的方式安装于钢结构金属屋面顶部避雷针保护范围之内，因此，需钢结构专业给予配合，预留安装及以后的检修接口；在区间，自动气象监测站采用方案一中风速风向传感器在区间的安装方式及防雷措施。

3.4 方案比选

三种方案比选见表1。

表1 三种方案比选

3.4.1 比选结论

方案一中，在区间设置风速风向传感器时，需相应增设远程监控箱，而低压配电专业在区间无一级负荷电源提供给远程监控箱，从而需从车站敷设电源电缆至区间监控箱，距离较长，投资较大，且本方案采集的为实时信息；方案二和方案三均属采用气象局信息，为气象监测权威机构所发布，且信息具有预报性、超前性，可以保证用户有足够的时间做好防灾准备，保障了列车运行安全。因此，通过以上综合比选，推荐采用方案二、三结合的方式。

3.4.2 推荐方案的实施

高架区间气象系统方案实施流程如下。

步骤1：在选好的高架区间目标点安装自动气象监测站所需的电缆支架、桥梁挡板、钢踏板、避雷针、光电转换器、BAS远程控制箱及自动气象监测站。

步骤2：自动气象监测站采集到的数据通过通信线接入到目标点设置的BAS远程控制箱。

步骤3：目标点设置的BAS远程控制箱与就近车站的BAS远程控制箱通过光纤连接，将采集到的风力、风向等信息上传至就近车站BAS系统。由于BAS系统集成在综合监控系统中，再通过车站现有的BAS与ISCS接口，将数据上传至中央级综合监控系统中[6]。

步骤4：中央级综合监控系统借用线网骨干网将风力信息传输至TCC线网指挥中心[7]。

步骤5：在TCC线网指挥中心大厅工作台上设置气象信息工作站，并分别与综合监控系统及气象台新增接口，进行数据互通，供双方检测高架区间段风力信息。

步骤6：地铁公司在气象信息工作站上通过气象台提供的用户名和密码直接调用以上气象信息，突发性天气预报则由气象台发送到气象信息工作站上，最终在气象信息工作站实现对高架区间段风力信息的监视及预警。

3.4.3 推荐方案作用及效果

（1）该方案利用地铁车站现有的ISCS系统、综合监控系统及通信骨干网的组网方式[8]，节省了车站至TCC线网指挥中心管线敷设的巨大投资，充分发挥了车站内既有系统的功能。

（2）灾害情况提前预警，以保证运营人员有足够的时间作好预备处理，能有效避免如台风、暴雨等恶劣天气给人民生命财产、高架地铁线带来不可预计的严重危害。

（3）由地铁运营人员在控制中心第一时间了解到高架段气象数据，并与气象部门沟通，获得量身定做的气象预报服务，这有利于气象台作出针对性的高架地铁沿线预报，并对地铁公司今后的日常营运安全大有好处。

（4）应用界面在控制中心集中显示，便于运营监管及其他专业、部门指挥。

现场施工安装效果图如图2所示。

图2 现场施工安装效果图

4 高架区间气象系统示意总图

福州地铁高架区间气象系统示意总图如图3所示。

图3 福州地铁高架区间气象系统示意总图

5 结束语

福州地铁高架区间通过气象监测系统，能对沿线的风速、风向等信息进行实时监测和必要的分析，并根据对地铁运营的影响划定不同的预警等级，为运营组织提供决策依据，保障了列车运行及运营安全。其中，通过该系统，福州地铁与福州市气象局建立合作关系，气象局根据福州地铁线网（尤其是高架线路及地面线路）的地理位置和历史气象情况，提供专门的气象信息服务，制订互相之间的联络机制，并可以通过网络实时查询，为运营的行车组织和施工组织提供专业的技术支持[9]。