背景：
鐵路涵洞作為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在排水和保障鐵路安全運(yùn)營方面起著關(guān)鍵作用。然而，每逢雨季，特別是在強(qiáng)降雨天氣條件下，鐵路涵洞極易出現(xiàn)積水現(xiàn)象。當(dāng)積水深度超過一定限度時(shí)，不僅會(huì)影響鐵路沿線的交通秩序，阻礙車輛和行人通行，更嚴(yán)重的是可能對(duì)鐵路軌道結(jié)構(gòu)造成損害，威脅列車的運(yùn)行安全。近年來，由強(qiáng)降雨引起的鐵路涵洞因積水過深，導(dǎo)致多趟列車晚點(diǎn)，部分路段甚至被迫中斷運(yùn)營，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了及時(shí)掌握鐵路涵洞的水位變化情況，提前預(yù)警可能出現(xiàn)的積水風(fēng)險(xiǎn)，保障鐵路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)施一套精準(zhǔn)可靠的鐵路涵洞水位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目勢(shì)在必行。
目標(biāo)：
構(gòu)建一套先進(jìn)的鐵路涵洞水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用水位計(jì)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路涵洞水位的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。具體目標(biāo)包括：實(shí)時(shí)獲取涵洞水位數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)精度達(dá)到 ±0.1毫米；當(dāng)水位超過設(shè)定的警戒閾值時(shí)，能夠在 300 秒內(nèi)迅速發(fā)出預(yù)警信號(hào)，預(yù)警準(zhǔn)確率達(dá)到 99% 以上；通過數(shù)據(jù)傳輸與處理，在監(jiān)控中心實(shí)時(shí)展示水位變化曲線，為相關(guān)部門提供決策依據(jù)，輔助制定科學(xué)有效的防洪排澇措施，確保鐵路涵洞在各種天氣條件下能夠安全運(yùn)行，較大程度降低因涵洞積水引發(fā)的鐵路運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。
實(shí)施
（1）設(shè)備選型與安裝
經(jīng)過對(duì)多種水位測(cè)量技術(shù)的綜合評(píng)估，選用了雷達(dá)水位計(jì)作為核心監(jiān)測(cè)設(shè)備。雷達(dá)水位計(jì)基于電磁波反射原理工作，具有精度高、可靠性強(qiáng)、不受天氣和水質(zhì)影響等優(yōu)點(diǎn)，非常適合鐵路涵洞復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。在安裝方面，技術(shù)人員對(duì)鐵路涵洞的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)勘察，根據(jù)涵洞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和水流分布情況，確定了安裝位置。一般選擇在涵洞底部水流較為平穩(wěn)、無明顯障礙物的區(qū)域，以確保水位計(jì)能夠準(zhǔn)確測(cè)量水位。安裝時(shí)，使用特制的安裝支架將雷達(dá)水位計(jì)牢固地固定在涵洞壁上，保證其在水流沖擊下不會(huì)發(fā)生位移。同時(shí)，對(duì)水位計(jì)的測(cè)量角度進(jìn)行了精確調(diào)試，使其能夠垂直對(duì)準(zhǔn)水面，以獲取準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。例如在龍宮的安裝過程中，技術(shù)人員通過多次實(shí)地測(cè)量和模擬，確定了距離涵洞入口 6米處、距離底部4.23米高的位置為最佳安裝點(diǎn)，安裝完成后進(jìn)行了多次校準(zhǔn)測(cè)試，確保水位計(jì)測(cè)量精度滿足項(xiàng)目要求。
（2）數(shù)據(jù)傳輸
為了實(shí)現(xiàn)水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，項(xiàng)目采用了無線通信技術(shù)。在每個(gè)安裝雷達(dá)水位計(jì)的涵洞附近，部署了數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備。該設(shè)備通過 RS485 接口與雷達(dá)水位計(jì)連接，實(shí)時(shí)采集水位計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)。然后，利用 4G 通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至云平臺(tái)在轉(zhuǎn)到監(jiān)控中心的服務(wù)器。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，在通信網(wǎng)絡(luò)方面采取了多項(xiàng)措施。一方面，對(duì) 4G 信號(hào)覆蓋情況進(jìn)行了全面測(cè)試，對(duì)于信號(hào)較弱的區(qū)域，通過增設(shè)北斗設(shè)備來傳輸信號(hào)；另一方面，采用了數(shù)據(jù)加密技術(shù)，確保傳輸過程中數(shù)據(jù)的安全性，防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改。
（3）監(jiān)控中心建設(shè)與系統(tǒng)集成
監(jiān)控中心是整個(gè)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心樞紐，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、分析和展示。在硬件方面，配備了高性能的服務(wù)器，用于存儲(chǔ)大量的水位歷史數(shù)據(jù)，并具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。同時(shí)，設(shè)置了多臺(tái)監(jiān)控終端，方便工作人員實(shí)時(shí)查看各鐵路涵洞的水位情況。在軟件方面，開發(fā)了專門的鐵路涵洞水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件。該軟件具有友好的用戶界面，能夠以直觀的方式展示各涵洞的實(shí)時(shí)水位、水位變化曲線、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。通過系統(tǒng)集成，將雷達(dá)水位計(jì)采集的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸終端發(fā)送的數(shù)據(jù)以及監(jiān)控中心的軟件系統(tǒng)進(jìn)行了無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。例如，工作人員在監(jiān)控中心的軟件界面上，可以輕松切換查看不同鐵路涵洞的實(shí)時(shí)水位情況，通過設(shè)置報(bào)警閾值，當(dāng)水位超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出報(bào)警窗口，并通過短信、郵件等方式通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，方便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。
雷達(dá)水位計(jì)對(duì)鐵路涵洞水位的監(jiān)測(cè)精度達(dá)到了 0.1 厘米，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地反映水位變化情況。通過設(shè)置合理的警戒水位閾值，系統(tǒng)在水位超過預(yù)警值時(shí)能夠迅速發(fā)出預(yù)警信號(hào)。在過去的一個(gè)雨季中，共成功預(yù)警數(shù)次，預(yù)警準(zhǔn)確率達(dá)到了 99.5%，有效避免了因涵洞積水過深導(dǎo)致的鐵路運(yùn)營事故。例如在最近雨季，系統(tǒng)提前 5 分鐘監(jiān)測(cè)到多個(gè)鐵路涵洞水位快速上升并超過警戒水位，及時(shí)發(fā)出預(yù)警。相關(guān)部門迅速啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，對(duì)受影響路段采取臨時(shí)交通管制措施，安排排水搶險(xiǎn)隊(duì)伍趕赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行排水作業(yè)，成功避免了可能發(fā)生的列車運(yùn)行安全事故，保障了鐵路的正常運(yùn)營。
