強風預測預警設備在上海軌道交通高架及地面線路中的應用

翁春慧

（上海申通地鐵集團有限公司，201103，上?！喂こ處煟?/p>

強風預測預警設備在上海軌道交通高架及地面線路中的應用

翁春慧

（上海申通地鐵集團有限公司，201103，上?！喂こ處煟?/p>

軌道交通高架及地面線路日常運營易受氣象影響，每年汛期臺風氣候對列車在高架及地面段運行安全造成威脅，干擾了正常運營秩序。介紹了上海地鐵運營管理部門分別在軌道交通2號線使用風速測量儀、在16號線利用自動氣象站測風系統開展的強風預測預警實踐工作。詳細闡述了站點的選擇、設備的選型，著重分析了自動氣象站氣象監測系統的選址，及系統功能和系統組成，對上海軌道交通測風試點工作的實踐和運營管理的實際運用情況進行了總結。建議將氣象監測系統的建設納入新線規劃，優化氣象監測的顯示，使預警發布更科學、合理。

城市軌道交通；高架及地面線路；強風預測

Author＇s address Shanghai Shentong Metro Group Co.，Ltd.，201103，Shanghai，China

1　研究背景

上海軌道交通已形成網絡化運營格局，隨著軌道交通網絡化運營的深入，線網的運營范范圍呈現由市區逐漸向郊區擴展的趨勢。

綜合考慮上海所處的地理位置、氣候特征以及軌道交通線路走向等眾多因素，氣候對軌道交通運營實際影響的程度和范圍不斷增大，其中以對高架及地面段線路面臨的影響尤為突出。目前，在上海既有運營線路中，僅軌道交通10號線為全地下運行線。經統計，全網車站的共有高架車站84座、地面車站11座，約占全網車站的三分之一。2012年臺風“?？庇绊懮虾Ｆ陂g，多條軌道線路受到臺風影響。尤其是軌道交通2號線、6號線、9號線和11號線等線路的郊區段，在運營過程中實行了列車限速運行、縮線運營等措施，甚至發生了臨時停運的情況。

目前，上海軌道交通臺風應急預案的應急措施主要包括；軌道交通網絡運營協調與應急指揮室（以下簡稱COCC）在接到市氣象臺發布8級及以上臺風預警信息時，發布路網各線高架及地面區段運營列車限速運行的指令；接到10級及以上臺風預警信息時，發布運營列車暫停行駛、就近停站的指令。

但在實際的操作過程中，由于市氣象局發布的臺風預警及風力等級面向全市范圍，重點針對區域是長江口及近海區域。因此COCC無法得到實時性、區域性的臺風信息，對實際列車運行方案部署無法得到可靠的依據。如果發布限速運行或停運指令過晚，就會使車輛行駛于強風環境中，增加行車事故發生的幾率；反之，如果發布限速運行或停運指令過早，又會影響線路的通行效率，降低運營服務質量。準確及時地進行強風預測預警信息發布是目前上海軌道交通運營管理工作中亟待解決的關鍵問題之一。

2　上海軌道交通2號線風速監測裝置試點

上海軌道交通運營管理部門于2012年汛期前曾嘗試開展風速監測試點工作，通過在車站安裝測風設備裝置來獲取實時風速信息。

2.1車站選擇

上海軌道交通2號線東延伸段從廣蘭路站到浦東國際機場站，基本呈東西走向，臨近長江入?？?。在風速監測試點工作中，綜合考慮了地理位置、車站類型等因素，確定在軌道交通2號線遠東大道站和海天三路站試點安裝風速測量儀（車站位置見圖1）。遠東大道站和海天三路站為高架車站。高架地面段總長約10 km。高架站一層為站廳層，二層為島式結構站臺層。2座車站距離海邊均不足1 km。

圖1　上海軌道交通2號線東延伸線風速測量試點車站位置示意圖

2.2工作設備選型

此次風速監測試點工作采用了YF5-J風速測量儀。該設備在風力作用于風杯時，可產生風速脈沖。經微機計數采樣信息后，設備可顯示風速、風級等實時信息，并能通過設置開關量實現預警功能。其特點是設備體積小、安裝方便、顯示簡單易懂、易操作。設備安裝時，將風速測量儀的室外探測裝置（風杯）安裝在車站站臺層岔區平臺空曠處（見圖2），安裝高度離岔區平臺水平位置約為3 m。安裝位置選擇周邊無建筑遮擋處，以減小對測量的干擾；還應控制風桿高度范圍，避免極端天氣情況下風桿斷裂或傾覆后侵入線路。室內顯示裝置為掛壁式，安裝于車站車輛控制室側墻（見圖3），以便于車輛控制室值班員實時監測車站現場風速。

使用風速測量儀時，首先，根據臺風預案要求，預設并調節報警參數開關值，以達到報警提示作用；其次，制定設備的管理使用規定，以規范車控室值班員的操作。如設備監測到風速達到預警值，則先由車控室值班員向線路控制中心運營調度進行匯報，再由運營調度根據市氣象部門發布的信息、車站信息和司機反饋信息對行車組織方案進行調整；如遇市氣象部門發布臺風預警時，則還需安排車控室值班員每小時上報1次實時風速監測信息。

圖2　YF5-J風速測量儀室外探測裝置

圖3　YF5-J風速測量儀室內顯示裝置

2.3試點工作小結

該風速測量儀在2012年汛期前投入試點使用。通過半年的使用，尤其經過是臺風“?？钡臋z驗后，發現該風速測量儀存在以下問題：

（1）測量值與預測值差異大。氣象部門提供的風速預報是針對整個區域，而設備所測風速值僅為監測點的實際風速情況，因此實際測量值與氣象部門預報值差異大。例如，臺風“?？逼陂g凌晨氣象部門預報風速為8級，而現場設備所測風速僅為6～7級。

（2）信息反饋效率低。在臺風預警期間，由于設備安裝于車站，故控制中心行車調度無法第一時間掌握實時風速，需反復與車控室值班員進行聯系。這樣不僅溝通效率較低，而且還會對線路控制中心和車站人員正常行車操作產生干擾影響。

基于上述設備監測風級差異和信息反饋效率的原因，運營調度得到的監測數據并非連續，而且存在信息延時、數值滯后的情況，因此在運營方案組織調整時無法提供有力支撐。

通過該階段的試點工作小結，對該套風速監測設備的安裝、使用提出以下建議：

（1）重視測風設備的選型及安裝位置。作為專業的測量計量設備，除了對設備精度和各項參數進行甄選外，重點還要對室外監測裝置的安裝位置、安裝高度、周邊環境嚴格按照相關氣象測量標準執行。上述工作應向氣象專業部門或人員尋求幫助和指導。

（2）優化監控和信息傳遞流程。試點設備的顯示端安裝在車站，雖然節約了投入成本，體現了較高經濟性，但影響行車運營指揮的直觀性、便利性，降低了作業效率。因此，可以在以后工作中把風速測量儀的終端顯示安裝在行車調度機構，并對現有信息反饋的步驟進行調整，以減少重復性通信，提高指揮效率。

3　上海軌道交通16號線強風預測試點工作

上海軌道交通16號線（以下簡為“16號線”）于2013年12月底開通運營，南至滴水湖站，北到龍陽路站，共設11座車站，其中，地下站3座，高架站8座。線路全長58 km，其中，高架段線路長度約為46 km、地面段線路長約12 km。該條線路坐落在上海浦東新區東南區域，臨近海邊，且所經之處地勢較為平坦。通過對臺風歷年影響統計，上海市東南部是臺風高影響區域，南匯、奉賢和金山地區為臺風登陸的最多區域。因此，每臨汛期16號線相比其他線路受到強風干擾正常運營的影響程度和可能性較大。

16號線的測風裝置試點工作結合了2號線試點工作經驗，在新線建設期間開始策劃實施。在設備選型及安裝選址過程中，軌道交通16號線項目公司同運營管理部與市氣象局研究中心取得合作，由氣象部門專業人員參與設備的選型、選址工作。

3.1設備選型

16號線試點選用的氣象測量裝置為氣象部門所用的自動氣象站。該套裝置由傳感器、數據采集器、交流電源、防雷器件及安裝結構件等組成。其測量指標包括氣溫、風向、風速、雨量（見表1）。

3.2安裝選址

結合16號線運營線路走向、地勢位置、周邊環境等綜合考慮，試點工作共安裝了3套自動氣象站。選擇臨港大道站、野生動物園站和治北停車庫三處試點安裝。臨港大道站為線路南端的車站，臨近海邊。該站為地下車站，其地面有較為有利的安裝條件。野生動物園站為東西走向的中間車站。該站為高架結構，其周邊無環境遮擋，安裝條件較為有利。

表1　自動氣象站測量指標

根據《地面氣象觀測規范》結合16號線安裝條件確定安裝方式。有條件的按氣象規范要求在地面安裝，無地面安裝場地的選擇在站臺棚頂安裝。

安裝的地面應為大小10 m×10 m的平整場地，能較好反映本地較大范圍的氣象要素特點；力求四周必須空曠平坦，避免建在陡坡、洼地。安裝的站臺棚頂應空曠平坦、具備避雷設施、便于安裝和維護。

表2　自動氣象站安裝位置

3.3氣象監測系統的組成和功能

氣象監測系統由自動氣象站、GpRS（一種基于包的無線通信服務）通信系統、數據庫服務器和終端顯示等組成。3個自動氣象站監測的氣象數據信息（風速、風向、溫度和濕度）通過Gp RS無線發射系統傳送到位于市氣象部門的服務器。服務器接收3處自動氣象站數據后進行格式轉換，并通過互聯網將整理后的數據定時傳送給位于客戶端的電腦。COCC監控電腦上安裝有客戶端軟件，可每5 min刷新一次實時氣象數據。自動氣象站不間斷地監測沿路關鍵地段的風向、風速、雨量、氣溫變化，實時向運行控制部門傳送氣象數據。氣象監測系統組成見圖4。

圖4　氣象監測系統組成圖

3.4使用情況

16號線氣象監測系統經調試后，已于2014年5月投入使用，其監測界面如圖5所示?？偨Y使用經驗可知，該系統的優點主要有：

（1）自動氣象站安裝在線路車站，獲取的風速、風向、溫度等氣象信息真實反映了現場實際情況，且采用專業設備得到的數據準確度高；

（2）監測數據更新頻次為5 min一次，終端顯示位置安裝于COCC，有利于運營調度員第一時間獲取氣象信息，為行車運營指揮提供有價值的依據。

圖5　氣象監測系統客戶端界面

但是，該系統仍存在有待進一步優化完善的方面：

（1）軟件界面提供的氣象類信息量較大，雖有助于掌握詳細氣象情況，但對于非氣象專業的運營調度員而言，大量的專業數據容易引起誤讀或過度解讀。如圖5顯示，僅“風速”一項，野生動物園一個監測站點就有“2分鐘平均風速”、“10分鐘平均風速”、“10分鐘最大風速”、“瞬時風速”、“極大風速”等5項。

（2）風速、風向等數據為氣象專業裸數據顯示，而非直接的風力等級顯示，對調度人員而言直觀性不強。

（3）報警功能有待完善，軟件界面只顯示監測數據，無報警提示。

通過2014年汛期的實際使用，16號線氣象監測系統使用的總體情況良好。由于2014年汛期上海市未直接受到高強度臺風的影響，故根據氣象監測信息進行的臺風預警啟動、行車方案調整等工作未予實施。

4　建議

近年來，城市軌道交通路網行車運營指揮與氣象因素的關聯度越來越高，廣州、香港等城市都著手開展氣象信息的獲取方式、預警機制的建設等研究工作。結合上海軌道交通近兩年的實踐情況，提出以下建議：

（1）氣象監測系統的建設應納入新線規劃。在信息設計規劃前期工作中，根據軌道交通高架和地面線路的地理位置、線路走向和歷史氣象數據的分析，提出是否需要建設針對該線路的強風監測系統。提前考慮氣象設備建設需求，如預留自動氣象站的安裝位置，并尋求氣象專業部門的咨詢意見，結合周邊氣象部門自動氣象站點的布局，在軌道交通線路站點及沿線補充測風設施，以方便實施汛期臺風預測預警工作。

（2）氣象監測顯示有待優化。氣象監測系統布局應有利于行車運營調度指揮工作，因此顯示終端應盡量考慮安裝在線路調度指揮中心。監測所得氣象數據應有利于行車人員進行判斷和應用（如設置風速閥值或風力等級值）。應及時提供視覺及聽覺方式報警，以便于行車調度員在緊急情況下根據氣象信息作出及時判斷和行車指揮。

（3）預警發布應更科學、合理。強風對軌道交通行車的影響不僅僅是風力的大小，風向因素也尤為重要。軌道交通的遠郊線路一般都以高架線路、地面線路為主，且站間距較大，線路走向呈現多方面。因此，根據不同線路走向和不同風向情況為行車運營提供針對性的預警信息，以利于提高行車運營效率、減少強風對運營的影響。

［1］ 魏瑞新.城市軌道交通高架線路獲取氣象信息的建設方式探討［J］.現代城市軌道交通，2014（2）：62.

［2］ 李毅雄.香港地鐵氣象災害防范技術［J］.中國安全生產科學技術，2007（2）：92.

［3］ 中國氣象局.地面氣象觀測規范［M］.北京：氣象出版社，2003.

（Continued from Special Commentary）

vehicles of new energy has been electric-power.They neither consume non-renewable energy resources—petrol or diesel nor emit tail gas.And their noise is low.It can be said that electric buses have all the main advantages that the modern trams have，but their manufacturing costs are much lower than the modern trams＇，and their operations are more flexible than modern trams＇.Those cities that construct modern trams all emphasize the“priority”of modern trams＇passing through the level crossings in order to improve their running speed.But according to observation，this will inevitably reduce the speeds of their crossover-running vehicles，and will also affect the convenience of the public＇s crossing roads.If the passenger transport volume of newly-constructed tram lines actually could not reach 5 000～10 000 person-times per hour，they could not reach the price-quality ratio index that the tram constructions should have.Therefore，this could not help but let me produce a secret worry.I am worried whether or not in a certain number of years of the future，the large-scale demolition of the tram lines will happen again just like it did in the 50s of last century.

On January 8，2016，“The Key Technologies Research and Industrialization of the Energy-saving and New Energy Buses”project led by Zhengzhou Yutong Bus Co.，Ltd.won 2015 National Science and Technology progress Second Award. According to briefings，this time＇s award-winning project underwent 10 years＇key technology problem-tackling to form a number of key technological innovations.Among them，those respects of the whole-vehicle energy-saving and control technology，the conversion technology of high-voltage＇s isolating electric-power source and the high-density electric-driving control technology，etc.are in the international leading levels.At present，the focus of new energy vehicle technologies is in the innovation of battery technology.The power-battery integrated management technology developed in the Yutong projects this time can make the electric buses continuously run at a uniform speed up to over 400 km，reaching the international advanced level.By October 2015，the sales volume of new energy buses of Zhengzhou Yutong（Zhengzhou Yutong Bus Co.，Ltd.），Suzhou Kinglong（King Long United Automotive Industry（Suzhou）Co.Ltd.）and Shandong Liaocheng Zhongtong（Zhongtong Bus Holding Co.，Ltd.）Companies，etc.had reached more than 23 000 units.According to reports，after Zhongtong Company delivered a hundred electric buses to Guanxian County of Shandong province，due to those reasons，such as the electric power consumption＇s being more saving than burning oil consumption，the electric motors costs＇being lower than the petrol engines or the diesel engines costs and electric buses＇being easier to be repaired and maintained，an electric bus vehicle＇s price is lower than a petrol or diesel bus vehicle＇s，etc.，the fares of this county＇s urban and rural bus lines were reduced by half.

Those cities with severe congestion in road traffic in the world，regardless of developed or developing countries，are all constructing all types of public transit systems.The transport capacity of the large-capacity transport systems represented by metro and light rail transit whose right-of-way is unique could respectively reach more than 30 000 person-times/h and more than 15 000 person-times/h.And the BRT system and modern trams whose right-of-way is partly unique belong to the public transit system of medium-heavy transport capacity.Their highest transport capacity can reach up to 10 000 person-times per hour.With the technology advancement of pure electric-power buses of new energy，we can expect that people will more and more adopt pure electric buses of new energy to build the BRT system，so as to provide a riding environment with convenience，low carbon and high price-quality（pQ）ratio for the general public.In order to improve the comprehensive passing-capacity at the level crossing，the“running-fire”operation model of multi electric buses could be taken.This form may as well be referred to as“pre-BRT”.

Recently，I conducted a field survey on electric buses and modern trams，and my new understanding was more determined.The public transit of electric buses is the development direction of China＇s road public transport.It has a strong vitality.Although all my life is to serve the rail transit industry，there should not be a parochial prejudice.The great trend of scientific and technological progress must be conformed to.（Translated by Sun Zheng）

Application of Strong Wind Forecast on Shanghai Rail Transit Elevated and Ground Metro Lines

Weng Chunhui

Rail transit operation on the elevated and ground lines is frequently affected by the hazard weather.The annual flood and typhoon seasons bring about serious risks to metro trains running on the elevated and ground lines，and directly disturbs the railway transport operation plan.In recent years，Shanghai Metro Operation Management Department adopt wind speed measuring instrument and automatic weather monitoring systems on Line 2 and Line 16 respectively，to carry out the practice of strong wind forecast.In this paper，the practice work of strong wind forecast and operational management of Shanghai rail transit are summarized，some rational suggestions are proposed for the new line planning and the optimization of meteorological observation，so as to make the wind forecast more scientific and reasonable.

urban rail transit；elevated and ground line；strong wind forecast

p 425.4+7∶U 233

10.16037/j.1007-869x.2016.03.029

（2015-06-30）