城市地铁车环境安全监测

城市地铁车环境安全监测目录摘要..................................................................................................................................................3一、立项背景或依据.......................................................................................................................3二、主要做法...................................................................................................................................4三、功能效果（益）.......................................................................................................................5四、创新亮点...................................................................................................................................7五、实施应用前后效果（益）情况.............................................................................................11六、推广价值及范围.....................................................................................................................12七、有待持续改进的问题或前景展望.........................................................................................13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%。2015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主要监测对监测性能描述单位象城市轨道交通行车环境安全监测系统Xxx风、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0～60m/s±0.3m/s或±3%其中较大者适用于0～35m/s）0.1m/s2风向0°～360°±3.0°1°3降水0～200mm/h好于5%0.01mm2、能见度监测测量范围：10m～20km；精确度：15%；工作温度：-40℃～55℃；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。现场级风速、风向、雨量多合一传感器能见度仪地震加速度传感器车站级监测单元地震监测单元地震数据采集记录仪城轨交通1号线路通信专网城轨交通2号线路通信专网网络传输层线路中心级云计算监测终端应用层车载级车载终端车载终端车载终端数据采集层无线调度通信系统图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速、风向