城市地铁车环境安全监测

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 城市地铁车环境安全监测目录 TOC o 1-3 h z u 摘要当前我国的城市轨道交通建设不断发展，已从早期单一的地铁模式发展到轻轨、磁浮、有轨电车等多样化轨道交通制式。随着城市线网规模不断扩大，城市轨道交通的地面及高架线路比例增大。地面线路的行车安全受环境因素影响很大，大风、浓雾等恶劣天气甚至直接影响列车运行。触发行车安全问题的环境因素明显增加，这就使得城市轨道交通的运营部门面对的各种行车安全问题也日渐复杂。因此，加强气象灾害等环境信息与城市轨道交通行业安全运营的联

2、动，建立城市轨道交通行车环境安全监测与预警系统，对于预防行车安全事故的发生，确保轨道交通运输安全具有重要的现实意义。本项目针对城市轨道交通地面及高架线路的行车安全需求，首次研究了影响城市轨道交通行车安全的环境因素，并对各项因素进行了分类研究，在此基础上，将物联网技术、新型传感器应用技术、无线通信技术和云计算等与城市轨道交通环境监测相融合，提出多项创新技术，首次研发了城市轨道交通行车环境安全监测系统，打造了城市轨道交通行车安全的辅助平台，形成了具有自主知识产权的成套技术和装备，实现了城市轨道交通监测技术的全面提升。本项目研制的行车环境安全监测系统率先在北京地铁房山线进行应用，在防范风险、规避灾害

3、等方面有不错的应用效果，起到了保障列车安全运行的作用，具有较强的示范推广效应。一、立项背景或依据（一）当前我国城市轨道交通的发展趋势本项目立项之初正处于中国“十三五”开局之年，呈现诸多积极因素助推中国城市轨道交通进入新的发展阶段。城轨交通顺应发展环境的变化，“十三五”期间将出现几大明显的发展趋势：规模扩大化、发展差异化、结构网络化、制式多样化、行业标准化、系统智能化、技术自主化、资金多元化、市场国际化和地位战略化。根据中国城市轨道交通协会统计数据，到2015年末，共26个城市开通城轨交通运营，运营线路总长度达3618公里，同比增长14%，全年累计完成客运量138亿人次，同比增加9.5%。201

4、5年度新增运营线路长度445公里，同比增加14%。20个城市拥有两条以上城轨交通线路，逐步形成网络化运营格局。在3612 公里运营线路长度中，地铁2658 公里，占线路总长的73.6%；轻轨239 公里，占线路总长的6.6%；单轨89 公里，占线路总长的2.5%；现代有轨电车161 公里，占线路总长的4.5%；磁浮交通49 公里，占线路总长的1.4%；市域快轨412 公里，占线路总长的11.4%；APM 线4 公里，占线路总长的0.1%。当前我国的城轨交通建设不断发展，而另一方面各个城市的轨道交通运营管理部门也在不断提升运营服务水平。我国城市轨道交通从早期单一的地下铁模式发展到轨道交通制式多样

5、化，以及城市线网的不断扩大，城轨交通的地面及高架线路比例增大，触发行车安全问题的环境因素明显增加，使得城轨交通的运营部门将面对的各种行车安全问题也日渐复杂。（二）城市轨道交通行车环境安全现状近年来，我国城市轨道交通发展迅速，对于其中的地面和高架形式的线路，强风、大雾、暴雨雪等极端天气条件对轨道交通运行的影响逐渐显著。一旦发生诸如桥梁、车辆在强风下失稳等状况，将会危及乘客生命安全。随着极端天气发生的频率越来越高、危害越来越大，对城轨高架线路在强风（尤其是强侧风）、强雨、强降雪条件下车-线-桥系统危险因素进行监测，量化指标、分级响应，最大限度防范风险、规避灾害、保障列车安全运行成为当前亟需解决的问

6、题。目前我国城市轨道交通地面高架线路尚无行车环境安全监测方面的相关标准规范；在极端气象环境下缺乏统一、可行的行车管理规章制度；气象部门提供的气象数据对轨道交通地面高架线路行车安全的辅助作用缺乏针对性，且数据不能满足确保行车安全的实时性要求。加强气象灾害信息与城轨交通行业安全运营的联动，建立城轨交通安全行车环境安全监测与预警系统，对于预防行车安全事故的发生，确保轨道交通运输安全具有重要的现实意义。二、主要做法（一）本项目主要研究内容如下：1、现有国铁防灾安全监控系统现状及问题分析。通过走访调研工务、行车调度部门，收集当前铁路自然灾害及异物侵限监测系统的应用情况及存在问题。2、城市轨道交通行车环境

7、安全监测的需求分析。国铁与城市轨道交通在基础设施建设与运营都存在着巨大差异，在行车环境安全监测方面，从监测内容到监测系统方案都可能存在不同需求及差异。通过需求分析，梳理出国铁与城市轨道交通在行车环境安全监测上的差异性和相同性。（1）影响城市轨道交通行车环境安全的因素；（2）气象及传感监测信息的大数据应用。前端采集的监测数据、列车行车调度指挥、各个站内及车内乘客分布的数据信息，构成多维的数据分析。从而为城市轨道交通运营及城市应急指挥调度提供可靠帮助。城市轨道交通行车环境大数据的采集也将为智慧城市的构建提供数据支撑。3、城市轨道交通行车环境安全监测系统的研究。（1）系统方案及监测技术研究（2）系统

8、体系架构研究4、城市轨道交通行车环境安全监测系统样机开发，主要包括：（1）系统样机需求分析及方案制定。（2）系统样机的开发内容主要包括：监测单元软硬件开发、客户端软件开发及中心系统软件开发。（二）城市轨道交通行车环境安全监测系统样机开发拟采用的技术路线如下：1、现场级系统设备研发监测功能需求调研监控单元结构设计监控单元硬件选型监控单元硬件开发监控单元嵌入式底层软件开发监控单元整机测试完成监控单元样机研发接入传感器后联调现场级设备完成现场级系统设备研发。2、中心级系统开发（1）客户端应用软件开发用户需求调研软件需求分析软件系统架构设计抽象功能点将功能点转化为开发模块并进行代码编写软件功能测试完成

9、客户端应用软件开发。（2）中心系统软件开发客户端应用软件需求分析接口协议开发中心系统软件开发应用服务器、数据库服务器搭建完成中心级系统开发。3、系统测试（1）现场级设备测试（2）中心级与现场级系统设备联调测试三、功能效果（益）（一）系统功能对比各个城市根据自身需求组织研究与应用，未能形成该领域的监测预警技术体系。部分城市已有试点应用的行车环境安全监测系统仅对单一环境因素（如地震或风）进行监测，缺乏全面、系统的考虑。同时，已有系统在应用层面没有很好的与用户需求关联，未能真正在运营辅助决策上满足运营需求。系统或项目研制或者项目实施单位主要监测对象监测性能描述城市轨道交通行车环境安全监测系统Xxx风

10、、雨、能见度、地震可对多种环境因素进行同时监测报警，其中地震监测具有预警功能，并与信号、牵变留有接口，可实现联动。成都地铁地震监测预警系统xxx地震与地震局使用的地震预警系统类似，可提前预警，但不与信号、牵变相连。厦门轨道交通自动气象监测终端委托气象部门提供台风具有台风报警、预警根据上表对比，本项目研制的系统功能性更强，同时可根据不同需求进行适应性裁剪，系统采用通用性设计，更适合于系统的市场推广与应用。（二）技术指标1、风雨监测序号测量要素测量范围准确度分辨力1风速060m/s0.3m/s或3%其中较大者适用于035m/s）0.1m/s2风向03603.013降水0200mm/h好于5%0.0

11、1mm2、能见度监测测量范围：10m20km；精确度：15%；工作温度：-4055；3、地震监测预警（1）实时性阈值判别时间：地震计采集的地震波达到报警阈值到监控单元发出报警信息的时间即阈值判别时间应0.5s。P 波预警判别时间：地震 P 波初至到监控单元发出预警信息第一报的时间即 P 波预警判别时间应3.0s。地震监测信息传输时间：现场监测设备至铁路局中心系统的传输时间应0.1s。接口动作时间：牵变接口监控主机接收到紧急处置信息至牵变接口动作完成时间0.2s。P 波预警误报确认与解除时间：地震预警监测系统发出地震 P 波预警信息后，应及时进行地震真实性与参数判定，如判别为误报时，应及时给出误

12、报解除信息，地震 P 波预警信息发出至误报解除的时间120s。（2）准确性阈值报警准确性：阈值报警峰值与地震事件真实峰值之间的误差应5%。P 波预警准确性：震中位置偏差：多台首报最大偏差100 公里。震级偏差：震级偏差1 级。有效性：系统阈值报警不允许地震漏报。单台 P 波预警漏报率5，多台 P 波预警不允许漏报。非地震事件误报率15%，不允许列车干扰引起的误报。四、创新亮点（一）研究并分析了城轨交通行车环境安全监测需求，首次提出功能架构和技术方案。本项目开展过程中，对多个城市轨道交通系统开展了广泛的现场调研和技术交流，综合分析确定了城轨交通行车环境安全监测系统的需求。研究提出了城轨交通行车环

13、境安全监测系统的定位、功能架构方案，研究设计了该系统的总体技术架构（见下图1），确定了“现场监测级-车站级-线网中心级-车载级”的系统构成、主要技术条件、系统主要接口、工程实施方案等。图1-城市轨道交通行车环境安全监测系统构成图（二）自主研发了城市轨道交通行车环境安全监测系统，该系统的创新点在于：系统中监测单元的主要功能是实现对传感器监测信息的采集，数据调理、数据保存及远程传输。但面对城市轨道交通行车环境的多种监测需求，设备的通用性和可靠性是设备研制的关键。1、监测单元的开发过程中研制了具有自主知识产权的环境参数监测装置，该装置有四个采集通道，能同时适配风、雨、能见度传感器，能够支持实时监测风

14、速、风向、降雨量、能见度等环境参数并通过轨道交通专用通信网络向远端监控中心上传；监测单元能实现的主要指标功能：利用维护终端，可以完成对系统的基本配置，包括IP地址、外接设备所连接的端口号及波特率；监测单元可对外接设备自动进行配置，从而消除设备配置的历史遗留；完成对传感器的数据采集功能；对传感器的实时状态监测；对电源监测模块的实时状态监测；初步完成对现场设备数据的分析和处理功能；将各测量设备的工作状态及状态转换上传至监测数据处理设备；对各故障报警功能，将各故障信息上传至监测处理设备；监测单元具有比较完善的自检、故障诊断、定位能力，并有较强的故障处理能力；对现场设备具有比较完善的故障诊断、定位能力

15、；监测单元具有比较完善的远程维护能力；对现场设备具有比较完善的远程维护能力；接受监测中心的集中检测管理。2、系统开发过程中自主研发了通用脉冲传感器测量装置，该装置采用自行设计的运算放大电路，能高效完成脉冲电路整形处理。该装置可作为采集器的前端通用电路，满足高精度和高频率范围的测量要求，同一个测量电路可适应多种脉冲传感器的输出脉冲整形，从而提高采集器的脉冲测量的通用性和准确性；3、采用了城市轨道交通能见度监测子系统、轨道交通车地无线通信专用模块及列车信号接口模块，使城市轨道交通行车环境安全监测系统能够在浓雾及雾霾天气下实时监测线路能见度，并能将能见度信息发送到对应行驶在浓雾或者雾霾区间的列车上，

16、从而为行车安全提供保障。（三）全国首次完成城轨交通正线加装行车环境安全监测（风）系统工程。1、本项目完成了在北京地铁房山线加装行车环境安全监测（风）系统的应用试点，通过示范工程的测试验证、应用总结，积累利用风监测系统提供行车安全保障的经验，有利于在该系统在全国的推广应用，从而全面提高地铁运营的安全性。2、在工程化的试点应用中，本项目还开展了以下创新性研究：（1）对强风条件下高架桥梁车线桥动力学特性进行研究，建立强风荷载作用下车辆-轨道-高架桥耦合动力学模型；（2）设定强风条件下，列车运行速度安全阀值，形成强风天气下的安全运行操作标准；（3）提出城轨交通行车环境安全监测的布点原则及方案。（四）形

17、成了具有自主知识产权的城轨交通行车环境安全监测系统应用软件。该软件是应用于轨道交通行车环境安全监测的专用软件，当前通过操作终端能实现对风、雨、能见度及地震监测信息集中展示及管理。针对城轨交通行车环境安全监测系统接口不一致的现象，设计了一种子系统和平台间的交互响应机制，提供了一套异构分布式监测系统的接口集成解决方案。该接口设计以 UDP 通信协议为基础，植入 TCP 协议中的超时重传、握手连接等可靠性传输策略，构建初始化和自检、数据采集及传输、阈值同步等事件触发交互过程，统筹规划 UDP 报文的编码和数据包格式，从而实现子系统间与平台之间统一、实时、可靠、有效的接口功能，该接口机制还可应用于高速

18、铁路自然灾害、地质灾害各监测子系统的系统集成中。（五）全国首次开展悬挂式单轨强风监测子系统的研究与设计。2016年xxx承担了陕西韩城悬挂式单轨可研及初步设计项目，由于韩城悬挂式单轨线路经过的涺河流域地处内陆，全年平均风速2.4m/s，最大风速33m/s，多年最大平均风速18m/s。同时，悬挂式单轨交通系统在全国还无正式运营项目，车辆在强风环境下的运行管理，安全保障均为空白。通过本项目的研究提出了以下创新性成果：1、开展了悬挂式单轨车辆受侧风影响初步研究，提出了常值侧风下车辆通过曲线时车辆的限速建议：2、针对陕西韩城悬挂式单轨工程特征，提出了悬挂式单轨强风监测子系统技术方案及工程实施方案。（六

19、）首次将已在高铁实施应用的地震监测台站与本系统进行深度集成，开创了可用于城轨交通的地震监测预警子系统，其地震监测及预警性能可达到高铁技术标准。1、针对城轨交通线网特征对客户端软件进行了适应性开发（见下图2）。功能及应用操作均有别于高铁地震监测预警系统。图1-客户端软件-地震监测页面2、研究试制了轨道交通地震监测预警子系统监控主机，监控主机采用了高速的运算处理单元，适用于地震信号的快速处理分析。采用工业宽温设计，可在-4070的环境下连续工作且通过了电磁兼容测试。该主机通过第三方测试检验。（七）研究并采用了设备自检与恢复技术、小信号抗干扰技术、误报警抑制技术，提升系统稳定性、可靠性。1、设备自检

20、与恢复技术研究在极端天气情况下，外部环境条件对风速传感器、雨量传感器、能见度传感器和其它现场工作设备的测量精度、稳定性以及使用寿命的影响非常大。 在恶劣工况下的通过电子设备自检与恢复技术对监测设备进行防护，从而大幅度提升设备的可靠性和稳定性。2、小信号抗干扰技术在城轨交通系统沿线的工作环境中，存在大量的电磁信号，如电网的波动、强电设备的启停、高压设备的开关、电磁辐射等。环境监测设备所产生的信号属于弱电小信号，其抗干扰设计对技术积累和实战经验要求很高。本项目采用屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等多种方法,从信号源采集、传输、数据分析等多处抑制野外干扰和滤除错误数字信号信息，保证信号的完整性和准确

21、性。3、误报警抑制技术在监测数据的采集过程中，不可避免地会受到外界或人为因素的干扰，出现非正常状态，也可能会因为系统设计或系统设备自身的缺陷而出现故障。 其成因极其复杂并难以消除。系统误报警难题严重影响灾害监测系统结果输出，也决定结果是否可信。本项目通过对铁路防灾监控系统采集数据进行分析及深度学习建模，提出了一种优化判决算法，从而有效减少误报。五、实施应用前后效果（益）情况目前在国内城市轨道交通领域没有相关规范或标准用于指导“行车环境安全监测系统”的工程设计和系统开发，在城市轨道交通领域的行车环境安全监测尚未实施，系统的研究与开发还处于空白阶段。因此，结合国铁防灾安全监测系统技术以及对轨道交通

22、行车环境安全监测需求的深入挖掘，势必推动轨道交通行车环境安全监测领域的行业发展。本项目为国内首次研发的城市轨道交通行车环境安全监测系统，打造了城市轨道交通行车安全的辅助平台，形成了具有自主知识产权的成套技术和装备，实现了城市轨道交通监测技术的全面提升。整体技术达到国内领先水平、部分技术达到国际先进水平。基于本课题中监测单元样机试制成果而研制的数据处理单元在西藏艰险山区经历2年野外应用及实测，性能稳定，数据合理可靠。并且该系统获取的实测风特性数据已在川藏铁路设计和施工建设中得到应用，为川藏铁路桥梁修建提供了重要的技术资料。从而也进一步验证了“城轨交通行车环境安全监测系统”中监测单元设计开发的稳定

23、性和可靠性。项目开展过程中紧密结合行业及市场需求，开展了多项应用实施及试验试点，取得了良好的社会经济效益。（一）项目应用情况如下：1、完成xxxx线加装行车环境安全监测（风）系统试点项目（2015年-2017年），该试点项目xxx线中应用良好，在防范风险、规避灾害等方面有不错的效果，起到了保障列车安全运行的作用，具有一定的示范推广效应。2、根据课题研究成果完成了xxx承担的xxx市悬挂式单轨交通大风监测系统可研及施工图设计，系统投资估算：195万。（二）研究成果转化及生产情况如下：1、该课题的相关研究成果在上海米度测控科技有限公司承担的多项轨道交通防灾监测项目中得到应用和推广，同时借鉴该课题的研究成果和专利技术基础，上海米度公司开发了可应用于铁路、城轨交通领域的通用数据采集网关，取得了不错的应用效果和销售业绩，节省研究经费150万，同时可项目节省30%的设备投资，累计新增销售额达1424.5万元，取得了显著的经济效益。2、xxx公司采用了该课题的相关研究成果及专利技术开发了可用于城轨交通监测及列车检测的相关系统设备及软件，并取得了不错的销售业绩，