煤塵監(jiān)測系統(tǒng)在大秦鐵路的應用

張海光

摘 要：煤塵監(jiān)測系統(tǒng)在鐵路沿線設置前端氣象、粉塵監(jiān)測儀及視頻攝像機，對沿線環(huán)境及現場視頻等數據進行采集，采集到的環(huán)境及視頻數據信息經過存儲、分析后通過鐵路專網傳送至局監(jiān)測中心平臺，以便對鐵路沿線煤塵污染情況實時分析。

關鍵詞：煤塵監(jiān)測系統(tǒng);大秦鐵路;貨運鐵路

1 需求分析

大秦鐵路全長約653公里，起點位于山西省大同市，終點位于河北省秦皇島市，自西向東依次途經山西省、河北省、北京市、天津市、河北省等行政區(qū)域。

大秦鐵路是中國西煤東運的主要通道之一，自2004年起，大秦鐵路實施持續(xù)擴能升級改造，全線貨運量逐年大幅度提高，目前貨運量已突破4億噸，成為世界上年貨運量最大的鐵路線。鐵路作為交通運輸體系中重要的組成部分，承擔著更多的社會責任，國家加大“公轉鐵”實施力度，鐵路公司主動承擔著建設“綠色中國”的重任，“綠水青山就是金山銀山”，隨著鐵路貨運的深化改革發(fā)展，鐵路為社會、民生做出了巨大貢獻。

大秦鐵路在不斷提高重載運輸生產力的同時，還注重對鐵路沿線的環(huán)境保護建設。大秦鐵路煤炭抑塵工程在沿線建設有固定和移動抑塵站，在一定程度上改善了站臺周邊的大氣環(huán)境質量，減少了運輸中煤炭的損耗，但是煤塵對鐵路沿線的大氣環(huán)境污染問題還需要進一步的改善解決。

據各省市環(huán)保部門及沿線居民反饋和實地現場調查，運煤列車經過時，漂浮的煤塵飛揚，對大氣的污染比較嚴重，造成了非常不好的影響。沿線部分地區(qū)的農田和村莊煤塵覆蓋問題比較嚴重，已經嚴重影響到了農民的農作物產量和農產品的銷售以及沿線居民的日常生活。

基于上述原因，迫切的需要在大秦鐵路建設煤塵監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測大秦鐵路沿線環(huán)境數值，以便有針對的采取措施對大秦鐵路沿線環(huán)境進行治理。

2 技術方案

大秦鐵路煤塵監(jiān)測系統(tǒng)在大秦鐵路沿線設置前端氣象監(jiān)測儀和粉塵監(jiān)測儀，用于采集風速、風向、溫度、濕度、氣壓、PM10、TSP等數據，采集的各項數據信息通過鐵路專網匯聚到太原局集團有限公司監(jiān)測中心平臺，經過數據處理分析實時反應大秦鐵路沿線氣象、粉塵數值情況。同時，在鐵路沿線設置前端視頻采集點，通過傳輸網、數據網通道將采集點的視頻數據匯聚到地區(qū)匯聚節(jié)點并存儲，監(jiān)測中心和各監(jiān)測部門可實現現場視頻實時查看或調看，以便對大秦沿線污染情況直觀分析。

2.1 系統(tǒng)構成

大秦鐵路煤塵監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測中心平臺、地區(qū)匯聚節(jié)點、接入節(jié)點以及前端監(jiān)測點終端設備組成。

2.1.1 監(jiān)測中心

本工程煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測中心設置在太原局集團有限公司貨運調度中心信息機房。監(jiān)測中心包括平臺系統(tǒng)軟件、大屏幕顯示終端（利用既有）、系統(tǒng)平臺、網絡系統(tǒng)等，監(jiān)測中心是大秦鐵路煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分。

（1）平臺系統(tǒng)軟件。按照軟件平臺需求，滿足對接入煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的各個監(jiān)測點環(huán)境數據、視頻圖像進行隨時調看/查看、GIS地圖全景展現、數據存儲等功能。整體系統(tǒng)按照分布式處理設計，將系統(tǒng)各任務分擔到各個服務器，使系統(tǒng)能夠完成復雜的任務。

（2）機房大屏幕顯示終端。大屏幕顯示終端利用太原局集團有限公司貨運調度中心既有拼接電視墻，通過新設兩臺8路解碼器，將本系統(tǒng)全線采集點視頻圖像實時顯示或調看。

（3）系統(tǒng)平臺。本工程系統(tǒng)平臺不單設硬件服務器，由太原局集團有限公司綜合網虛擬化平臺提供虛擬化服務器資源。

服務器虛擬化技術是指通過運用虛擬化的技術充分發(fā)揮服務器的硬件性能，可以將一個服務器虛擬成多個服務器使用。

本工程虛擬服務器所需資源如下表：

（4）平臺客戶端。本工程在貨運安全監(jiān)控中心設置煤塵監(jiān)測系統(tǒng)管理終端1套，工務指揮中心設置煤塵監(jiān)測系統(tǒng)客戶終端1套，用于訪問和調看大秦鐵路全線范圍內的采集點信息。

（5）網絡系統(tǒng)。本工程在監(jiān)測中心組建監(jiān)測系統(tǒng)平臺局域網，通過以太網交換機等網絡設備實現信息訪問與共享，同時通過鐵路信息綜合網廣域網通道實現與地區(qū)匯聚節(jié)點的網絡互聯(lián)互通。

2.1.2 地區(qū)匯聚節(jié)點

本工程在茶塢工務段新設1個地區(qū)匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點設備設置在既有信息機房，按工務段線路管轄范圍對前端監(jiān)測點采集的風速、風向、溫度、濕度、氣壓、PM10、TSP等數據和視頻數據進行匯聚、存儲和分析，存儲的數據和視頻信息供煤塵監(jiān)測中心平臺隨時調看。

茶塢工務段匯聚節(jié)點由平臺客戶端、流媒體服務器、視頻服務器及磁盤陣列、網絡設備等及機柜、KVM切換器附屬設備組成。

（1）監(jiān)測平臺客戶端。本工程在茶塢工務段設一套煤塵監(jiān)測系統(tǒng)客戶終端，用來訪問和調看工務段管轄范圍內的采集點信息。

（2）流媒體服務器。實現視頻轉發(fā)功能，實現應用層流量負載均衡，提高響應訪問的效率，提高帶寬利用率，同時根據需要提供視頻流格式、信令控制協(xié)議轉換等設備代理服務。提供流媒體數據轉發(fā)服務/應用層組播接收并且轉發(fā)報警信息/進行主動巡檢/實時顯示監(jiān)控前端設備狀態(tài)。將收到的單個視頻流復制成多個視頻流，轉發(fā)到多個請求端，使得前端的每個視頻通道只占一路視頻流的網絡帶寬，提高網絡帶寬的有效利用率，降低帶寬需求，減少網絡擁塞的發(fā)生。

（3）視頻存儲服務器及磁盤陣列。數據的存儲采用磁盤陣列IP SAN的形式，為保證數據安全，存儲系統(tǒng)采用RAID-5標準構建，以確保數據安全。視頻采集點存儲天數按30天考慮。

（4）網絡設備。在地區(qū)區(qū)域匯聚點組建匯聚節(jié)點局域網，通過以太網交換機等網絡設備實現信息訪問與共享，同時通過信息綜合網提供的廣域網通道實現與煤塵監(jiān)測中心平臺及接入節(jié)點的網絡互聯(lián)互通。

（5）附屬設備。在茶塢工務段匯聚節(jié)點新設一套綜合機柜，用來安裝本次工程新增設備。同時機柜內新設一套KVM。

2.1.3 接入節(jié)點

在前端監(jiān)測點較近的GSM-R基站或車站通信機房設接入節(jié)點，接入節(jié)點由智能數據網關、網絡設備組成，完成采集點的數據流及視頻流的接入。每個接入節(jié)點新設一套綜合機柜，用來安裝本次工程新增設備。

2.1.4 前端監(jiān)測點

前端監(jiān)測點由前端環(huán)境監(jiān)控傳感器和前端視頻采集點組成，每個前端監(jiān)測點原則上在鐵路重車側設一套采集設備，主要完成前端環(huán)境監(jiān)控傳感器數據流和視頻流的采集。傳感器類型包括溫度、濕度、風速、風向、TSP、PM10懸浮顆粒物等。

為了對鐵路沿線采集到的監(jiān)測點日常粉塵、氣象數據進行比較，本工程在茶塢工務段管轄范圍設1處基準站。基準站地點選擇在鐵路沿線以外，監(jiān)測數據為該區(qū)域日常粉塵、氣象數據，用該數據作為其它監(jiān)測點數據的對比值。

本工程共設13個監(jiān)測點和1個基準站，分布如表2。

2.2 網絡構成

本系統(tǒng)網絡利用太原局集團有限公司信息綜合網及接入層傳輸網承載。

2.2.1 前端監(jiān)測點至接入節(jié)點網絡通道

前端監(jiān)測點均位于鐵路沿線，接入節(jié)點按就近原則選擇區(qū)間基站或車站通信機房。本工程前端監(jiān)測點至接入節(jié)點直埋敷設16芯光纜，通過多功能工業(yè)光電轉換器實現前端監(jiān)測點至接入節(jié)點數據傳輸。

2.2.2 接入節(jié)點至地區(qū)匯聚節(jié)點網絡通道

接入節(jié)點位于GSM-R機房或通信機房，接入節(jié)點通過傳輸設備以太網通道匯聚至茶塢工務段地區(qū)匯聚節(jié)點。

根據需要對既有傳輸、數據網設備擴容以太網板。

2.2.3 地區(qū)匯聚節(jié)點至監(jiān)測中心網絡通道

茶塢工務段地區(qū)匯聚節(jié)點通過信息綜合網接入煤塵監(jiān)測中心平臺。

2.3 供電

煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測中心及匯聚點新增設備所需外部電源由既有信息機房提供;接入點新增交換機、數據網關、多功能工業(yè)光電轉換器采用交流220 V供電，由GSM-R機房或車站通信機房既有交流電源提供。為了提供可靠電源，在接入點通信機房新設UPS（1 kVA/3 h）不間斷電源。

前端監(jiān)測點電源采用220 V交流電源，由鐵路供電部門提供，具體方案如下：

2.3.1 供電負荷的分布及電源選擇

（1）用電負荷及負荷等級。本工程前端監(jiān)測點設備用電負荷每處約為0.1 kW，用電負荷主要分布在各車站、工區(qū)、鐵路隧道洞口等，前端監(jiān)測點設備用電為二級負荷用電。

（2）既有供電設備概況及電源選擇。大秦鐵路全線有10 kV一級負荷貫通線和綜合負荷貫通線各一回，區(qū)間以10/0.4 kV桿架式變臺供電為主，工區(qū)及隧道內以10/0.4 kV箱式變電站供電為主。

2.3.2 供電原則及供電方案

（1）供電原則。二級負荷接引一路可靠電源供電。

（2）供電方案。為滿足全線14處監(jiān)控設備的用電需求，擬從用電負荷點附近的箱變或變臺的低壓出線側引一路可靠220 V低壓電源供電，電纜采用VV22-0.6/1 kV型電力電纜，對于用電負荷點附近無變臺或箱式變電站的設備，需新設10/0.4 kV桿架式變臺為其供電，電源取自10 kV綜合貫通線。全線負荷分布及電源接引位置情況如表3。

3 結束語

煤塵監(jiān)測系統(tǒng)在大秦鐵路的應用，可以實現煤塵監(jiān)測中心對大秦鐵路沿線煤塵引起的環(huán)境污染進行實時監(jiān)測，并能夠對污染程度、污染范圍以及現場視頻進行數據分析、處理、存儲及數據調看。

大秦鐵路煤塵監(jiān)測系統(tǒng)的建設，新的環(huán)保技術在貨運鐵路上的應用，是大秦鐵路煤炭運輸與環(huán)境保護的深度結合，也為鐵路運輸和綠色生態(tài)和諧發(fā)展提供了寶貴應用經驗。

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