鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于鐵路沿線(xiàn)危巖落石的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，包括：鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；與所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連接的信號(hào)處理系統(tǒng)；以及與所述信號(hào)處理系統(tǒng)相連接的報(bào)警系統(tǒng)，在所述信號(hào)處理系統(tǒng)確定防護(hù)網(wǎng)發(fā)生和/或達(dá)到危險(xiǎn)程度及振動(dòng)量發(fā)生和/或達(dá)到危險(xiǎn)程度的情況下，以一種或多種方式發(fā)出報(bào)警信號(hào)和/或情報(bào)信息。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光纖傳感、信號(hào)處理、工業(yè)信息化、危巖落石防護(hù)及監(jiān)測(cè)等【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，通過(guò)融合防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)及崩塌落石監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)危巖落石進(jìn)行立體監(jiān)測(cè)報(bào)警，適用于鐵路沿線(xiàn)危巖落石的安全監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]崩塌落石是我國(guó)山區(qū)三大自然災(zāi)害(滑坡，泥石流，崩塌)之一，在巖體裸露、褶曲斷裂和風(fēng)化較嚴(yán)重的陡坡地區(qū)經(jīng)常發(fā)生崩塌落石災(zāi)害。在山區(qū)，崩塌落石現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，輕則使鐵路和車(chē)輛遭到輕微毀壞，重則使道路中斷，給鐵路運(yùn)輸帶來(lái)重大損失。崩塌落石災(zāi)害已嚴(yán)重威脅著鐵路運(yùn)輸安全和旅客生命安全，對(duì)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)、安全管理、運(yùn)營(yíng)效率，以及經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益產(chǎn)生巨大影響，已成為我國(guó)西部開(kāi)發(fā)和交通建設(shè)大發(fā)展的重要制約因素。為此，積極采取措施對(duì)崩塌災(zāi)害盡可能進(jìn)行有效防護(hù)及監(jiān)測(cè)預(yù)警，對(duì)于鐵路運(yùn)營(yíng)以及乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全有著重大深遠(yuǎn)的意義和影響。由于形成崩塌落石災(zāi)害的危巖體多分布于高陡邊坡上，從源頭完全治理將耗費(fèi)巨大的人力物力，目前更多的是采取災(zāi)前的落石防護(hù)措施。在災(zāi)前邊坡防護(hù)措施中，柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)以其固有的施工簡(jiǎn)單、維修方便、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、環(huán)保經(jīng)濟(jì)、設(shè)計(jì)選型標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，得到了迅速的發(fā)展與普及，應(yīng)用在許多邊坡防護(hù)工程中。隨著柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的發(fā)展，避免防護(hù)網(wǎng)單一被動(dòng)的防護(hù)模式，對(duì)防護(hù)網(wǎng)的工作情況實(shí)施全方位智能監(jiān)測(cè)也勢(shì)在必行。
[0003]山區(qū)鐵路主要在多霧多雨少人地區(qū)，設(shè)備維護(hù)困難，一般外置設(shè)備存在損壞和盜竊的隱患，鐵路沿線(xiàn)的高壓線(xiàn)路會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)高壓的電磁場(chǎng)，同時(shí)鋼軌上弱電信號(hào)易產(chǎn)生電磁干擾，因此鐵路防災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警面臨很多困難。光纖傳感技術(shù)采用光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測(cè)量信號(hào)。光纖容易接受被測(cè)量的荷載，是一種優(yōu)良的敏感元件，同時(shí)光纖具備安全(光纖本身不導(dǎo)電)、耐溫(高溫、低溫)、抗電磁干擾、抗福射、不產(chǎn)生電磁干擾和輻射等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的高精度、無(wú)干擾的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，適合在鐵路無(wú)人區(qū)、無(wú)電區(qū)以及惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。
[0004]在鐵路沿線(xiàn)崩塌落石監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展了部分的研究與應(yīng)用，普遍存在以下問(wèn)題:
[0005](I)被動(dòng)防治技術(shù)可以全面有效保護(hù)落石災(zāi)害威脅對(duì)象，但限于被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的攔截能力，通常用來(lái)攔截小型落石。被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的有效設(shè)置依賴(lài)于落石運(yùn)動(dòng)行為預(yù)測(cè)的可靠程度，如運(yùn)動(dòng)路徑、彈跳高度、運(yùn)動(dòng)速度、動(dòng)能等參數(shù)的獲取。目前，主動(dòng)和被動(dòng)防治技術(shù)都存在不足，一旦落石跳過(guò)或沖破被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)入鐵路界限內(nèi)將對(duì)線(xiàn)路正常運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生重大的危害；
[0006](2)監(jiān)測(cè)位置不全面、監(jiān)測(cè)方案手段存在缺陷等，造成系統(tǒng)漏報(bào)和誤報(bào)現(xiàn)象嚴(yán)重；
[0007](3)預(yù)報(bào)模型與報(bào)警觸發(fā)條件的確定比較困難；
[0008](4)單獨(dú)的對(duì)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)警或單獨(dú)對(duì)崩塌落石進(jìn)行報(bào)警監(jiān)測(cè)，部分監(jiān)測(cè)設(shè)
備費(fèi)用昂貴，無(wú)法大量應(yīng)用。[0009]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種克服現(xiàn)有技術(shù)的不足并且符合經(jīng)濟(jì)高效需求的用于崩塌落石的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)(又稱(chēng)“虛擬棚洞”)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，提供了一種用于監(jiān)測(cè)鐵路沿線(xiàn)危巖落石的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括:光纖光柵傳感器個(gè)體或者由其構(gòu)成的分布式陣列，以及光纖光柵解調(diào)儀；其中，所述光纖光柵解調(diào)儀與所述光纖光柵傳感器或由其構(gòu)成的陣列通過(guò)信號(hào)傳輸光纖相連接；所述光纖光柵傳感器包括光纖光柵拉力傳感器和光纖光柵振動(dòng)傳感器，所述光纖光柵拉力傳感器預(yù)先安裝在柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的設(shè)定位置，所述光纖光柵振動(dòng)傳感器設(shè)置在鐵軌的預(yù)定位置。
[0011]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述光纖光柵拉力傳感器通過(guò)監(jiān)測(cè)防護(hù)網(wǎng)下支撐繩的拉力，實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)防護(hù)網(wǎng)落石以及破網(wǎng)等相關(guān)聯(lián)的信號(hào)；所述光纖光柵振動(dòng)傳感器用于實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)與鐵軌上落石相關(guān)聯(lián)的信號(hào)；以及，通過(guò)信號(hào)傳輸光纖將所有信號(hào)返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。其中，所述光纖光柵傳感器中的光纖光柵可以是反射型的，也可以是透射型的。
[0012]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的光纖光柵拉力傳感器，用于監(jiān)測(cè):當(dāng)柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)落有落石時(shí)光纖光柵的波長(zhǎng)相對(duì)于光纖光柵的特征波長(zhǎng)的力值變化量，并將光纖光柵的波長(zhǎng)變化量返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0013]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的光纖光柵振動(dòng)傳感器，用于監(jiān)測(cè):當(dāng)鐵路界限內(nèi)落有落石時(shí)光纖光柵的波長(zhǎng)相對(duì)于光纖光柵的特征波長(zhǎng)的振動(dòng)量信號(hào)，并將光纖光柵的波長(zhǎng)變化量返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0014]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)實(shí)時(shí)傳遞給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0015]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述光纖光柵解調(diào)儀包括:激光發(fā)射裝置，用于生成激光；以及輸入輸出端口，用于將激光輸出到信號(hào)傳輸光纖中并從所述信號(hào)傳輸光纖接收返回的激光，其中，所述信號(hào)傳輸光纖與光纖光柵傳感器相連接，激光經(jīng)光纖光柵傳感器反射后返回到所述光纖光柵解調(diào)儀，并且其中，激光在光纖光柵傳感器內(nèi)反射時(shí)，在受到外部作用的情況下，反射激光的波長(zhǎng)發(fā)生變化，且所述變化與外部作用之間具有預(yù)定的相關(guān)性。
[0016]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述光纖光柵傳感器可以設(shè)置在防護(hù)網(wǎng)下支撐繩上。
[0017]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述光纖光柵傳感器可以設(shè)置在鐵軌的下側(cè)。
[0018]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述光纖光柵解調(diào)儀可以對(duì)從所述光纖光柵傳感器返回的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，并得出相應(yīng)的波長(zhǎng)信號(hào)。
[0019]根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，提供了一種信號(hào)處理系統(tǒng)，所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括:信號(hào)接收裝置和與所述信號(hào)接收裝置相連接的處理器單元，所述信號(hào)接收裝置用于接收來(lái)自所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)。
[0020]優(yōu)選地，所述處理器單元，設(shè)置成通過(guò)分析來(lái)確定:[0021 ] I)每個(gè)激光波長(zhǎng)信號(hào)涉及哪個(gè)光纖光柵傳感器；
[0022]2)所涉波長(zhǎng)的變化以及對(duì)應(yīng)的所代表的防護(hù)網(wǎng)的受沖擊能量或鐵軌上的振動(dòng)量;
[0023]3)所述防護(hù)網(wǎng)是否受到落石沖擊以及是否發(fā)生落石破網(wǎng)；
[0024]4)落石的大小以及是否侵入鐵路限界內(nèi)。
[0025]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的信號(hào)處理系統(tǒng)，所述信號(hào)處理系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)裝置，其中預(yù)先存儲(chǔ):光纖光柵傳感器與特征波長(zhǎng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；波長(zhǎng)變化和光纖光柵振動(dòng)傳感器所測(cè)的沖擊能量及振動(dòng)量之間的關(guān)系；沖擊能量或振動(dòng)量和發(fā)生危巖落石的危險(xiǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；波長(zhǎng)變化和光纖光柵拉力傳感器所測(cè)的支撐繩拉力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；支撐繩拉力和發(fā)生危巖落石以及破網(wǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0026]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的信號(hào)處理系統(tǒng)，所述處理器單元可以還設(shè)置成用于:確定是否對(duì)應(yīng)于一個(gè)或者幾個(gè)光柵光纖傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)消失；以及根據(jù)預(yù)定的邏輯規(guī)則，由此判斷防護(hù)網(wǎng)受落石沖擊能量的大小、防護(hù)網(wǎng)是否失效、落石是否進(jìn)入鐵路界限內(nèi)、及落石砸在鐵軌上的位置和/或哪條光纖光纜損毀。
[0027]根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于鐵路沿線(xiàn)危巖落石的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，包括:上述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；與所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連接的上述信號(hào)處理系統(tǒng)；與所述信號(hào)處理系統(tǒng)相連接的報(bào)警系統(tǒng)，在所述信號(hào)處理系統(tǒng)確定防護(hù)網(wǎng)發(fā)生和/或達(dá)到危險(xiǎn)程度及振動(dòng)量發(fā)生和/或達(dá)到危險(xiǎn)程度的情況下，以一種或多種方式發(fā)出報(bào)警信號(hào)和/或情報(bào)信息。
[0028]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與所述信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)方式遠(yuǎn)距離連接。
[0029]優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且所述一個(gè)或多個(gè)鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向一個(gè)或多個(gè)所述信號(hào)處理系統(tǒng)提供收集到的信息。
[0030]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)能夠接入其它路內(nèi)系統(tǒng)和路外信息系統(tǒng)，來(lái)完善此系統(tǒng)的外部互通功能，也給準(zhǔn)確、有效的報(bào)警帶來(lái)保障，更為鐵路安全運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航。
[0031]應(yīng)注意的是，任何適當(dāng)?shù)奶幚砥骶捎糜诒緦?shí)用新型的信號(hào)處理系統(tǒng)中，而無(wú)需對(duì)處理器本身進(jìn)行改進(jìn)。因此，本實(shí)用新型并不旨在對(duì)于信號(hào)處理系統(tǒng)的處理器單元本身及其處理方式的改進(jìn)，而是旨在對(duì)于所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的安排、組織和相互關(guān)系的改進(jìn)。
[0032]本實(shí)用新型的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，能有效的判斷防護(hù)網(wǎng)攔截落石情況(落石能量級(jí))、落石破網(wǎng)情況，經(jīng)所述監(jiān)測(cè)報(bào)警反饋后判斷出防護(hù)網(wǎng)當(dāng)前落石是否需要清理以及達(dá)到何種程度時(shí)需要清理。同時(shí)配合對(duì)鐵軌上振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，可得出落石是否侵入鐵路界限，進(jìn)一步確定落石的情況，從而形成對(duì)崩塌落石的立體監(jiān)測(cè)。而且由于光纖的傳輸延時(shí)幾乎能夠被忽略，如果(一組)落石穿透了防護(hù)網(wǎng)，那么該(組)落石碰撞在防護(hù)網(wǎng)和鐵軌上而產(chǎn)生的信號(hào)將在時(shí)間上具有一定間隔，并且信號(hào)的波形將會(huì)有明顯的相似性，因此通過(guò)例如實(shí)時(shí)地比對(duì)同一位置處防護(hù)網(wǎng)和鐵軌上的信號(hào)，能夠準(zhǔn)確地判斷落石的發(fā)生及其規(guī)模，高效地避免漏報(bào)和誤報(bào)。且采用當(dāng)前先進(jìn)的光纖光柵傳感器以及與之相配合的傳輸光纖，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其是在鐵路無(wú)人區(qū)、無(wú)電區(qū)以及惡劣的環(huán)境下均可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，從而能夠?yàn)槁肪€(xiàn)維護(hù)工作以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能的險(xiǎn)情提供準(zhǔn)確和詳實(shí)的數(shù)據(jù)，提供了一套完善可行的崩塌落石立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖；
[0034]圖2A和2B是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光纖光柵傳感器的安裝圖；
[0035]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的信號(hào)處理系統(tǒng)中的處理器單元執(zhí)行的處理的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為使本實(shí)用新型的目的、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步地進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0037]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖。圖1所示的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)分別由防護(hù)網(wǎng)的“空”中監(jiān)測(cè)及鐵軌“陸”地監(jiān)測(cè)相結(jié)合，形成對(duì)崩塌落石的立體監(jiān)測(cè)報(bào)警。
[0038]為達(dá)到上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)至少應(yīng)由三部分構(gòu)成:鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(如圖1所示)、信號(hào)處理系統(tǒng)、以及報(bào)警系統(tǒng)。另外，由于設(shè)施對(duì)于設(shè)備可靠性要求較高，系統(tǒng)須具備自我診斷功能，當(dāng)設(shè)備信號(hào)采集通路受損的時(shí)候，設(shè)備能給出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)通知工作人員維護(hù)。
[0039]其中，所示鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要工作是采集現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源信息并且轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，以及通過(guò)信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)等傳輸手段發(fā)送給信號(hào)處理系統(tǒng)；信號(hào)處理系統(tǒng)的主要工作是按照相應(yīng)算法分析從鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)，以及結(jié)合防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測(cè)及鐵軌監(jiān)測(cè)進(jìn)行綜合判斷落石的情況，并發(fā)出相應(yīng)等級(jí)的報(bào)警信號(hào)到報(bào)警系統(tǒng)；報(bào)警系統(tǒng)主要任務(wù)是接收信號(hào)處理系統(tǒng)發(fā)送的報(bào)警信號(hào)后能夠發(fā)出光、聲、電等報(bào)警手段來(lái)告知各級(jí)工作人員相應(yīng)的報(bào)警信息。下面分別描述各個(gè)系統(tǒng)。
[0040]鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
[0041]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括:光纖光柵傳感器個(gè)體或者由其構(gòu)成的分布式陣列；和光纖光柵解調(diào)儀。其中，所述光纖光柵解調(diào)儀與所述光纖光柵傳感器或由其構(gòu)成的陣列通過(guò)信號(hào)傳輸光纖相連接。所述的光纖光柵傳感器分為兩種，一種是設(shè)置在柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的下支撐繩上的光纖光柵拉力傳感器，一種是設(shè)置在預(yù)定的鐵軌下方的光纖光柵振動(dòng)傳感器，用于實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)與鐵路界限內(nèi)落有落石時(shí)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)，并將該信號(hào)返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0042]光纖光柵拉力傳感器安裝于防護(hù)網(wǎng)上，防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)是將以菱形鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)為主的柔性柵欄設(shè)置于斜坡上一定位置，用于攔截斜坡上的滾落石(或落物)以避免其破壞擬保護(hù)的對(duì)象，一般由菱形鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)行網(wǎng)(需攔截小塊落石時(shí)附加一層鋼絲格柵)、固定系統(tǒng)(錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩)、減壓環(huán)和鋼柱四個(gè)主要部分構(gòu)成。支撐繩是用以實(shí)現(xiàn)金屬柔性網(wǎng)按設(shè)計(jì)形式鋪掛、對(duì)金屬柔性網(wǎng)起支撐加固作用的鋼絲繩。沖擊荷載必然要從柔性網(wǎng)傳遞給支撐繩，因此支撐繩在設(shè)計(jì)上必須確保其具有與網(wǎng)內(nèi)沖擊點(diǎn)位置無(wú)關(guān)的恒定響應(yīng)特征，在特定位置設(shè)置減壓環(huán)和/或緩沖繩的支撐繩設(shè)計(jì)形式，除能實(shí)現(xiàn)這一功能外，還實(shí)現(xiàn)了能量消散、繩網(wǎng)下垂和維護(hù)需求間的最佳平衡。根據(jù)本實(shí)用新型，通過(guò)監(jiān)測(cè)柔性防護(hù)網(wǎng)下支撐繩拉力的變化，能夠達(dá)到監(jiān)測(cè)有無(wú)落石沖擊防護(hù)網(wǎng)的目的。如圖2A所示，其中2-1為下支撐繩，2-2為光纖光柵位移傳感器，2-3為防護(hù)網(wǎng)，柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)在受到落石沖擊時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)受力情況發(fā)生變化，下支撐繩除了安裝時(shí)的預(yù)拉力外，還受到落石沖擊分散到支撐繩上的拉力，因此可以將光纖光柵拉力傳感器安裝在所述柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的下支撐繩上，如圖2A所示，用于監(jiān)測(cè)下支撐繩的拉力變化，進(jìn)而達(dá)到監(jiān)測(cè)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)的變形的趨勢(shì)以及是否達(dá)到危險(xiǎn)程度。由此，構(gòu)建防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)防護(hù)網(wǎng)的受力狀態(tài)進(jìn)而提供預(yù)警以及報(bào)警服務(wù)。 [0043]光纖光柵振動(dòng)傳感器以抱裝形式安裝于鐵軌下側(cè)，用不銹鋼螺釘加以固定。光纖光柵振動(dòng)傳感器可以通過(guò)傳感器單軌間距25米布設(shè)方式，采用雙傳感器同時(shí)報(bào)警策略來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能。具體地，如圖2B中所示，光纖光柵振動(dòng)傳感器可以與軌道平行或垂直的方式安裝在軌道的下側(cè)。然而，光纖光柵振動(dòng)傳感器也可以根據(jù)需要以其他方式安裝在軌道的預(yù)定位置。作為一個(gè)示例，光纖光柵振動(dòng)傳感器用于監(jiān)測(cè)當(dāng)鐵路界限內(nèi)落有落石時(shí)，光纖光柵的波長(zhǎng)相對(duì)于光纖光柵的特征波長(zhǎng)的振動(dòng)量信號(hào)，并將其返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0044]光纖光柵傳感器是目前應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感器之一，可測(cè)量應(yīng)變、溫度、壓力、位移、流量、液位等參數(shù)。其傳感原理一般基于被測(cè)參數(shù)變化引起光柵周期和有效折射率的變化，從而導(dǎo)致光柵特征波長(zhǎng)(反射波長(zhǎng))的變化，通過(guò)測(cè)量特征波長(zhǎng)的移動(dòng)量來(lái)測(cè)量上述參數(shù)。根據(jù)本實(shí)用新型，所述光纖光柵傳感器的工作原理是:
[0045]每個(gè)光纖光柵傳感器從激光源(比如光纖光柵解調(diào)儀)接收激光，并反射回特定波長(zhǎng)的激光。對(duì)于光纖光柵拉力或振動(dòng)傳感器，在拉力和振動(dòng)的影響下，由其反射回的激光波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生偏移。對(duì)于每個(gè)光纖光柵傳感器，其反射的特征波長(zhǎng)λ在1510-1590nm之間。波長(zhǎng)偏移的量Λ λ與拉力(或振動(dòng)量)F之間存在既定的關(guān)系，該關(guān)系式可以表示為:
[0046]Δ λ J=^Fi(I)
[0047]其中k為預(yù)定的系數(shù)，為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值或試驗(yàn)測(cè)定值。
[0048]這樣，通過(guò)光纖光柵反射光的中心波長(zhǎng)相對(duì)變化量來(lái)檢測(cè)拉力或振動(dòng)的相對(duì)變量。光纖光柵傳感器具有準(zhǔn)分布式組網(wǎng)(幾十到幾百點(diǎn))、測(cè)量分辨率高(0.01%FS)、測(cè)量范圍(0ΚΝ~300KN)、工作溫度范圍寬、不受電磁干擾、耐腐蝕、抗沖擊振動(dòng)、抗疲勞、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0049]其中，所述傳感器分布式陣列可以包括多個(gè)光纖光柵傳感器，然而，所述傳感器分布式陣列也可以?xún)H僅包括一個(gè)光纖光柵傳感器。所述的傳感器分布式陣列可以是串聯(lián)連接，或者并聯(lián)連接，也可以是并聯(lián)和串聯(lián)相結(jié)合的方式，從而構(gòu)成一定的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。例如，每個(gè)被檢測(cè)對(duì)象上可以設(shè)置一個(gè)傳感器，多個(gè)被測(cè)對(duì)象上的傳感器經(jīng)過(guò)一定的方式連接。具體地，所述光纖光柵傳感器陣列可以連接在多個(gè)分支光路中，每個(gè)分支光路通過(guò)光纜接續(xù)盒與主光纜連接，由主光纜將各個(gè)分路光纜連接到光纖光柵解調(diào)儀器上。其中，由所述光纖光柵解調(diào)儀向光纖光柵傳感器通過(guò)光纖光纜發(fā)送激光信號(hào)。一般地，光纖光柵解調(diào)儀發(fā)送預(yù)定的一束激光，該束激光可以包括多個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)的激光，也可以是具有一定光譜寬度的激光。按照預(yù)定設(shè)置，正常狀態(tài)下每個(gè)的光纖光柵傳感器反射特定波長(zhǎng)的激光；[0050]而在防護(hù)網(wǎng)或鐵軌受到落石沖擊的情況下，光纖光柵傳感器的反射波長(zhǎng)產(chǎn)生變化(在極端情況下也可能導(dǎo)致光纖光柵傳感器失效)，因此將導(dǎo)致被反射的激光波長(zhǎng)發(fā)生偏移或者消失。所述光纖光柵解調(diào)儀通過(guò)比較反射回到該光纖光柵解調(diào)儀的激光的波長(zhǎng)變化來(lái)監(jiān)測(cè)各個(gè)光纖光柵傳感器的外部環(huán)境對(duì)其所產(chǎn)生的影響。
[0051]通過(guò)本實(shí)用新型的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以收集得到關(guān)于某位置或者某局部區(qū)域例如某乘務(wù)段發(fā)生的信息。其中，如果光纖光柵拉力傳感器波長(zhǎng)瞬間增大后又在某一時(shí)間段內(nèi)變?yōu)樨?fù)值，說(shuō)明該片防護(hù)網(wǎng)受到落石沖擊后，防護(hù)網(wǎng)破網(wǎng)；如果反射激光的波長(zhǎng)達(dá)到某個(gè)預(yù)定值，說(shuō)明該片防護(hù)網(wǎng)下支撐繩所受拉力已經(jīng)達(dá)到或者超過(guò)了預(yù)先設(shè)定值，該片防護(hù)網(wǎng)有大量堆積的落石，需要清理；如果得到某光纖光柵振動(dòng)傳感器反射的激光的波長(zhǎng)發(fā)生偏移且在某一瞬間迅速變大，這意味著該傳感器所在地方受到了落石沖擊；如果波長(zhǎng)偏移速度較快，說(shuō)明危險(xiǎn)異物(例如落石)沖擊能量較大；而如果應(yīng)該由該傳感器反射的激光消失，則說(shuō)明很可能是損毀了該位置的傳感器。此時(shí)可以利用信號(hào)處理系統(tǒng)來(lái)分析上述危險(xiǎn)源信號(hào)捕捉系統(tǒng)所收集的信號(hào)，從而得出一定的結(jié)論。
[0052]而且由于光纖的傳輸延時(shí)幾乎能夠被忽略，如果(一組)落石穿透了防護(hù)網(wǎng)，那么該(組)落石碰撞在防護(hù)網(wǎng)和鐵軌上而產(chǎn)生的信號(hào)將在時(shí)間上具有一定間隔，并且信號(hào)的波形將會(huì)有明顯的相似性，因此通過(guò)例如實(shí)時(shí)地比對(duì)同一位置處防護(hù)網(wǎng)和鐵軌上的信號(hào)，能夠準(zhǔn)確地判斷落石的發(fā)生及其規(guī)模，高效地避免漏報(bào)和誤報(bào)。
[0053]信號(hào)處理系統(tǒng)
[0054]根據(jù)本實(shí)用新型的原理，需要設(shè)置信號(hào)處理系統(tǒng)來(lái)分析從上述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集得到的信號(hào)。優(yōu)選地是，一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)可以分析來(lái)自眾多個(gè)鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)。其中，信號(hào)處理系統(tǒng)可以通過(guò)有線(xiàn)方式比如光纜與鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接?？商鎿Q地，也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式與鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接，以發(fā)送和傳遞信息，例如借助于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。
[0055]其中，所述信號(hào)處理系統(tǒng)可以具體地實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)服務(wù)器，其包括或者連接相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)本實(shí)用新型，所述信號(hào)處理系統(tǒng)，包括處理器，作為數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷單元，用于對(duì)光纖光柵解調(diào)儀發(fā)送的與傳感器波長(zhǎng)變化有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行分析和判斷。服務(wù)器中預(yù)先存儲(chǔ)傳感器或傳感器陣列中心波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，中心波長(zhǎng)變化量與拉力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系、中心波長(zhǎng)變化量與振動(dòng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系等。
[0056]當(dāng)柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)受到?jīng)_擊載荷，支撐繩受拉力增大，信號(hào)處理系統(tǒng)接受到中心波長(zhǎng)變化值。首先，判斷所述波長(zhǎng)是屬于哪個(gè)光纖光柵拉力傳感器的信號(hào)，鑒于光纖光柵拉力傳感器波長(zhǎng)偏移的量與每個(gè)所述傳感器的特征波長(zhǎng)相比較而言為很小的值，一般僅為一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)納米的量，且變化后的波長(zhǎng)一般與相鄰波段的傳感器特征波長(zhǎng)也能夠很好的區(qū)分。這樣，確定了特征波長(zhǎng)信號(hào)后就可以確定是對(duì)應(yīng)哪個(gè)光纖光柵傳感器的信號(hào)。并且，在確定傳感器后就又可以確定對(duì)應(yīng)于防護(hù)網(wǎng)下支撐繩的安裝位置。其次，確定傳感器的波長(zhǎng)偏移所對(duì)應(yīng)的下支撐繩受到的拉力值。根據(jù)前文所述，傳感器所感測(cè)到的拉力與傳感器的波長(zhǎng)偏移相對(duì)應(yīng)，反過(guò)來(lái)也就可以通過(guò)監(jiān)測(cè)波長(zhǎng)偏移的量來(lái)確定傳感器安裝位置處是否發(fā)生相當(dāng)?shù)拇郎y(cè)受力。再次，判斷下支撐繩受拉力值對(duì)應(yīng)該片防護(hù)網(wǎng)發(fā)生的落石情況以及嚴(yán)重程度。如傳感器的波長(zhǎng)偏移迅速增大到傳感器滿(mǎn)量程后又減小，并且減小到比發(fā)生偏移前的數(shù)值還小的情況，那么表明柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)已經(jīng)破網(wǎng)。同時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)亦接受安裝在鐵軌上光纖光柵振動(dòng)傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)，通過(guò)分析來(lái)確定每個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)涉及哪個(gè)光纖光柵振動(dòng)傳感器、所涉的波長(zhǎng)的變化以及對(duì)應(yīng)的所代表的振動(dòng)量、所述振動(dòng)量是否達(dá)到危險(xiǎn)程度(如圖3所示)。另外，處理器單元可以還設(shè)置成用于確定:相對(duì)于時(shí)間，所述振動(dòng)量增加的速度是否大于預(yù)定的閾值。
[0057]其中，還需要判斷應(yīng)該出現(xiàn)的波長(zhǎng)信號(hào)卻消失的情況:如果傳輸給服務(wù)器的傳感器信號(hào)中不包括或者中斷對(duì)應(yīng)某個(gè)光纖光柵傳感器的信號(hào)，則意味著發(fā)生了某種嚴(yán)重情況，比如該傳感器被毀。這需要馬上進(jìn)行安全處理。如果是由一條分光纜連接的所有傳感器的信號(hào)消失，則很可能是該條光纜被損毀。根據(jù)危險(xiǎn)度級(jí)別的判斷標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)器可將其歸納為“突發(fā)嚴(yán)重災(zāi)害情形”或“光纜損毀”等。判斷的邏輯規(guī)則，可以由操作人員來(lái)具體設(shè)定，或進(jìn)行修改。
[0058]報(bào)警系統(tǒng)
[0059]報(bào)警系統(tǒng)，在經(jīng)過(guò)分析得到災(zāi)害發(fā)生或者危害程度的信息后，將此信息以某種媒介的形式發(fā)送給有關(guān)的人員，比如區(qū)域負(fù)責(zé)鐵路安全的人員、維修人員，和上級(jí)決策者。
[0060]其中，報(bào)警分為三個(gè)級(jí)別，分別為:
[0061]一級(jí):防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測(cè)報(bào)警，防護(hù)網(wǎng)受到?jīng)_擊；
[0062]二級(jí):防護(hù)網(wǎng)無(wú)報(bào)警，但落石砸到鐵軌上進(jìn)入鐵道限界內(nèi)；
[0063]三級(jí):防護(hù)網(wǎng)報(bào)警，同時(shí)落石砸到鐵軌上進(jìn)入鐵道限界內(nèi)。
[0064]其中，防護(hù)網(wǎng)監(jiān)測(cè)報(bào)警又分為預(yù)警和報(bào)警兩種方式。其中，A級(jí)(受到?jīng)_擊)和B級(jí)(嚴(yán)重沖擊)屬于預(yù)警模式，C級(jí)(破壞)屬于報(bào)警模式?？梢愿鶕?jù)各種傳感器的峰值信號(hào)的特征，沖擊持續(xù)時(shí)間及多點(diǎn)受沖擊情況進(jìn)行綜合分析，確定不同能級(jí)的閾值。
[0065]其中，由負(fù)責(zé)安全監(jiān)控的人員，根據(jù)報(bào)警系統(tǒng)反饋的情況，可以通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)的方式，比如短信報(bào)警、聲光報(bào)警、軟件界面報(bào)警等，向有關(guān)人員進(jìn)行示警或通告。
[0066]其中，在本實(shí)用新型中，使用了開(kāi)放性好、可以擴(kuò)展的通訊協(xié)議，便于三個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，并且有利于建立統(tǒng)一的防災(zāi)體系。
[0067]這樣，包括上述各個(gè)組成部分的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)相對(duì)于現(xiàn)有的方式具有準(zhǔn)確、安全、即時(shí)和低成本等突出的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)也可以與其他和鐵路軌道有關(guān)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相兼容或并行，以實(shí)現(xiàn)綜合性的功能。本實(shí)用新型普遍適用于崩塌落石的監(jiān)測(cè)情況。
[0068]本實(shí)用新型的功能特征不限于前面給出的那些例子，這樣可以設(shè)想本實(shí)用新型精神內(nèi)的任意種類(lèi)的功能。盡管已經(jīng)結(jié)合本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了說(shuō)明，但并非為了將本實(shí)用新型限制為這里所闡述的具體例子。相反，本實(shí)用新型的范圍僅受限于所述權(quán)利要求。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括: 光纖光柵傳感器個(gè)體或者由其構(gòu)成的分布式陣列，以及光纖光柵解調(diào)儀； 其中，所述光纖光柵解調(diào)儀與所述光纖光柵傳感器或由其構(gòu)成的陣列通過(guò)信號(hào)傳輸光纖相連接；所述光纖光柵傳感器包括光纖光柵拉力傳感器和光纖光柵振動(dòng)傳感器，所述光纖光柵拉力傳感器預(yù)先安裝在柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的設(shè)定位置，所述光纖光柵振動(dòng)傳感器設(shè)置在鐵軌的預(yù)定位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器中的光纖光柵為反射型或透射型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵解調(diào)儀包括:激光發(fā)射裝置，用于生成激光；以及輸入輸出端口，用于將激光輸出到信號(hào)傳輸光纖中并從所述信號(hào)傳輸光纖接收返回的激光；所述信號(hào)傳輸光纖與光纖光柵傳感器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器設(shè)置在防護(hù)網(wǎng)下支撐繩上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器設(shè)置在鐵軌的下側(cè)。
6.一種鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； 與所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連接的信號(hào)處理系統(tǒng)，所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括信號(hào)接收裝置和與所述信號(hào)接收裝置相連接的處理器單元；以及 與所述信號(hào)處理系統(tǒng)相連接的報(bào)警系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其中，所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與所述信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)方式遠(yuǎn)距離連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其中，所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B61L23/00GK203558089SQ201320457891
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】楊小軍, 張植俊, 溫海寧, 曹學(xué)光, 翟江蘭, 姜婷, 于國(guó)瑞, 趙志旺, 耿振, 安恩楊 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司