基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)安全實時監(jiān)控方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)的安全實時監(jiān)控方法，該方法步驟包括基于對軌道系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定監(jiān)控手段；利用光纖光柵技術(shù)研發(fā)與軌道結(jié)構(gòu)相匹配的光纖光柵傳感器，對軌道系統(tǒng)的溫度和小位移等低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；利用視頻監(jiān)測對軌道系統(tǒng)的大位移數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；利用修正應(yīng)力-應(yīng)變技術(shù)采用應(yīng)變花貼對鋼軌垂直應(yīng)力和橫向應(yīng)力等高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；對采集得到的軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，比較軌道系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)與安全狀態(tài)的數(shù)據(jù)，針對比對情況進(jìn)行預(yù)測預(yù)警。本發(fā)明具有敏感點布設(shè)合理，捕捉及時，對結(jié)構(gòu)的影響程度實時反應(yīng)等優(yōu)點，解決了無縫線路安全服役狀態(tài)可控性技術(shù)難題，為列車的安全、平穩(wěn)運行提供了可靠保障。
【專利說明】基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)安全實時監(jiān)控方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路工程監(jiān)控方法，特別是涉及基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]我國高速鐵路全線采用跨區(qū)間無縫線路，鋪設(shè)了多種大號碼道岔，存在多種無砟軌道型式，包含長大橋梁、高架車站及路橋、橋隧、路隧過渡段等復(fù)雜的線下基礎(chǔ)。在高速運營條件下，由于列車運行速度快，對軌道系統(tǒng)的平穩(wěn)性、安全性及養(yǎng)護(hù)維修提出了更高的要求:一方面，由于線路利用率高、行車密度大、天窗時間短，要求其軌道結(jié)構(gòu)及其線下基礎(chǔ)少維修或免維修；另一方面，高速運營條件下，由于列車沖擊、疲勞效應(yīng)、溫度效應(yīng)、基礎(chǔ)沉降、材料老化等因素的耦合作用，軌道結(jié)構(gòu)不可避免地產(chǎn)生損傷積累、承載能力退化，一旦發(fā)生破壞，將影響到列車的安全、平穩(wěn)運行，導(dǎo)致較大的養(yǎng)護(hù)維修工作量，造成重大的損失。對于城市軌道交通線路，由于運輸人員密度大，列車追蹤時間短等特點，決定了其可維修時間短(僅晚上作業(yè))，作業(yè)環(huán)境較差，病害出現(xiàn)了不僅難以及時發(fā)現(xiàn)而且很難維修，因此也需要對線路實行有效的監(jiān)測。
[0003]目前，國內(nèi)對于軌道系統(tǒng)的監(jiān)測，多采用位移觀測樁、準(zhǔn)直儀、弦線法及溫度計進(jìn)行觀測和測量，測試精度差、測試內(nèi)容少、周期也較長。此外，在非天窗時間，人工檢測、軌檢車動態(tài)檢測無法實時掌控線路狀態(tài)，難以在溫度最高的中午和溫度最低的夜間進(jìn)行及時測量，病害一旦發(fā)生難以發(fā)現(xiàn)，從而直接影響運營安全。
[0004]因此，針對鐵路軌道系統(tǒng)這一復(fù)雜結(jié)構(gòu)體，非常有必要建立綜合監(jiān)測平臺，實時測試其安全服役行為，并對可能發(fā)生的破壞一定程度上進(jìn)行預(yù)測預(yù)警。不僅從技術(shù)上提高我國鐵路運營的安全性穩(wěn)定性，更為我國建設(shè)世界一流的鐵路提供技術(shù)保障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供基于多手段融合的軌道系統(tǒng)的安全實時監(jiān)控方法及系統(tǒng)，以解決由于鐵路軌道復(fù)雜多變的路況而帶來無法實時準(zhǔn)確進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明首先根據(jù)專利一種高速鐵路及城市軌道交通軌道結(jié)構(gòu)試驗?zāi)M系統(tǒng)(ZL200910242417.8)、縱橫垂向耦合的高速鐵路高架車站上無縫道岔的設(shè)計方法(ZL200910236546.6)和一種橋上無縫道岔結(jié)構(gòu)體系及其動力分析方法(ZL200910236922.1)，確定監(jiān)測內(nèi)容和測點布置位置。
[0007]基于上述檢測位置的基礎(chǔ)上，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。
[0008]基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，該方法步驟包括
[0009]S1、利用光纖光柵傳感器對軌道系統(tǒng)溫度和小位移等低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；
[0010]S2、利用視頻監(jiān)測對軌道系統(tǒng)大位移數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；
[0011]S3、利用應(yīng)力花貼對鋼軌垂直應(yīng)力和橫向應(yīng)力等高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；
[0012]S4、對步驟SI至S3采集得到的軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)軌道及其部件的受力和變形監(jiān)測數(shù)據(jù)對可能發(fā)生的破壞一定程度上進(jìn)行預(yù)測預(yù)警。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟S1利用光纖光柵傳感器對軌道系統(tǒng)的溫度和小位移等低頻數(shù)據(jù)采集包括
[0014]在鋼軌底部的軌道板適當(dāng)位置打孔，固定位移傳感器的一端。通過安裝夾塊將光纖光柵位移傳感器另一端固定在鋼軌底部；
[0015]設(shè)置鋼絲繩長度并固定，使其滿足傳感器位移量程。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟S1利用光纖光柵傳感器對軌道系統(tǒng)的溫度和小位移等低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集包括
[0017]對軌道板進(jìn)行打孔，將溫度傳感器布置在孔內(nèi)并做密封處理；
[0018]測量軌道板溫度的位置包括板中、板邊和板角。
[0019]優(yōu)選的，根據(jù)當(dāng)?shù)剀壍腊邃摻畈贾脠D，采用在軌道板板中的注漿孔處打孔放置溫度傳感器測量板中間溫度梯度；
[0020]采用軌道板兩軌枕間打孔放置溫度傳感器來測量板邊溫度；
[0021]采用在距板邊150_和70_處打孔放置溫度傳感器來測量板角溫度。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟S2包括
[0023]利用固定在護(hù)欄上的夾塊將中空的攝像頭安裝桿固定在護(hù)欄上；
[0024]將攝像頭固定在所述攝像頭安裝桿的上部，將傳輸線從攝像頭安裝桿的中空部分順出與上一級傳輸設(shè)備連接。
[0025]優(yōu)選的，所述步驟S4包括將處理結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報警閾值進(jìn)行比對，若超限則發(fā)出報警提示；
[0026]若當(dāng)前測量值與此項數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值之差大于3倍的歷史數(shù)據(jù)的均方根偏差，則判斷該測量值為壞值，不參與數(shù)據(jù)的處理及分析。
[0027]若一段時間內(nèi)連續(xù)或多次出現(xiàn)壞值數(shù)據(jù)，則判定監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)異常
[0028]基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)的實時監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
[0029]數(shù)據(jù)采集單元，用于對軌道系統(tǒng)的溫度、應(yīng)力、位移等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；
[0030]數(shù)據(jù)庫模塊，用于儲存數(shù)據(jù)采集單元采集的軌道數(shù)據(jù)；
[0031]數(shù)據(jù)處理及分析模塊，用于從數(shù)據(jù)庫模塊中調(diào)取軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，獲得軌道當(dāng)前狀態(tài)信息；
[0032]報警單元，用于將軌道當(dāng)前狀態(tài)信息與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的報警閾值進(jìn)行對比，若分析結(jié)構(gòu)超出設(shè)定的閾值，則發(fā)出報警提示；
[0033]供電單元，用于為系統(tǒng)內(nèi)除光纖光柵傳感器外的單元模塊提供電力支持。
[0034]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集單元包括
[0035]低頻型數(shù)據(jù)采集模塊，利用光纖光柵傳感器對軌道系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力、小位移和溫度等低頻數(shù)據(jù)的采集；
[0036]軌道大位移數(shù)據(jù)采集模塊，利用視頻監(jiān)控對道岔尖軌等進(jìn)行伸縮位移的視頻數(shù)據(jù)米集；
[0037]高頻型數(shù)據(jù)采集模塊，利用應(yīng)力花貼對軌道系統(tǒng)進(jìn)行垂直應(yīng)力和橫向應(yīng)力等高頻數(shù)據(jù)的采集。
[0038]優(yōu)選的，所述報警單元包括
[0039]閾值比對模塊，用于將數(shù)據(jù)分析結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行對比；
[0040]報警數(shù)據(jù)庫模塊，用于儲存對比結(jié)果，并根據(jù)對比結(jié)果發(fā)出預(yù)警指示。
[0041 ] 優(yōu)選的，該系統(tǒng)還包括
[0042]濾波模塊，用于對軌道大位移數(shù)據(jù)采集模塊采集得到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波除燥處理；
[0043]補償模塊，用于對外界環(huán)境對軌道造成的誤差進(jìn)行補償，以使高頻型軌道數(shù)據(jù)采集模塊對軌道應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集。
[0044]圖像識別模塊，用于對尖軌圖片進(jìn)行圖像識別，得出尖軌的伸縮位移。
[0045]本發(fā)明的有益效果如下:
[0046]本發(fā)明所述技術(shù)方案將鐵路軌道系統(tǒng)按不同情況進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)各監(jiān)控位置的特點分別采用光纖光柵技術(shù)，視頻感知技術(shù)和修正應(yīng)力-應(yīng)變技術(shù)的綜合監(jiān)控方式，形成了對軌道結(jié)構(gòu)從外觀到內(nèi)在，從細(xì)觀到宏觀，從低頻到高頻的綜合智能化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對軌道系統(tǒng)的長期安全實時監(jiān)測。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集和處理分析，能夠?qū)崟r測試軌道系統(tǒng)安全服役行為，同時通過建立軌道系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測及決策數(shù)學(xué)模型，根據(jù)軌道及其部件的受力和變形監(jiān)測數(shù)據(jù)對可能發(fā)生的破壞一定程度上進(jìn)行預(yù)測預(yù)警，從而為列車的安全平穩(wěn)運行提供保障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；
[0048]圖1示出基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法的示意圖；
[0049]圖2示出基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)的實時監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖；
[0050]圖3示出本實施例中鋼軌應(yīng)力傳感器安裝流程的示意圖；
[0051]圖4示出本實施例中鋼軌位移傳感器安裝的示意圖；
[0052]圖5示出本實施例中布置溫度傳感器打孔位置的示意圖；
[0053]圖6示出本實施例中孔內(nèi)溫度傳感器梯度布置的示意圖；
[0054]圖7示出本實施例中攝像頭在橋梁欄桿上的示意圖；
[0055]圖8示出本實施例中垂向力測試路橋連接方式的示意圖；
[0056]圖9示出本實施例中橫向力測試路橋連接方式的示意圖；
[0057]圖10示出本實施例中監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集傳輸方式的示意圖。

【具體實施方式】
[0058]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0059]如圖1所示，本發(fā)明在確定監(jiān)測內(nèi)容及測點布置位置的基礎(chǔ)上，將鐵路軌道系統(tǒng)分為三種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行監(jiān)控，第一種類型是低頻型軌道數(shù)據(jù)，該類型采用光纖光柵對軌道的應(yīng)力、小位移和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；第二種類型是大位移型軌道數(shù)據(jù)，該類型采用視頻監(jiān)控長期穩(wěn)定、快傳輸和抗惡劣氣候的優(yōu)點對道岔尖軌的伸縮位移、道岔以及橋梁軌道狀態(tài)的這種結(jié)構(gòu)的大變形進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)采集；第三種類型是高頻型軌道數(shù)據(jù)，該類型采用修正應(yīng)力-應(yīng)變技術(shù)自補償、自修正、長期穩(wěn)定的優(yōu)點，并利用應(yīng)力花貼對鋼軌垂直應(yīng)力和橫向應(yīng)力等高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。同時通過建立軌道系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測及決策數(shù)學(xué)模型，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及分析，對線路服役狀態(tài)進(jìn)行綜合評估，實現(xiàn)自動化的預(yù)測預(yù)警。
[0060]如圖2所示，本發(fā)明進(jìn)一步公開了一種多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)的實時監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集單元，用于對軌道系統(tǒng)的溫度、應(yīng)力、位移等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)庫模塊，用于儲存數(shù)據(jù)采集單元采集的軌道數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)采集單元包括低頻型數(shù)據(jù)采集模塊，利用光纖光柵傳感器對軌道系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力、小位移和溫度等低頻數(shù)據(jù)的采集；大位移數(shù)據(jù)采集模塊，利用視頻監(jiān)控對道岔尖軌等進(jìn)行伸縮位移的視頻數(shù)據(jù)采集；高頻型數(shù)據(jù)采集模塊，利用應(yīng)力花貼對軌道系統(tǒng)進(jìn)行垂直應(yīng)力和橫向應(yīng)力等高頻數(shù)據(jù)的采集。；數(shù)據(jù)處理及分析模塊，用于從數(shù)據(jù)庫模塊中調(diào)取軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，獲得軌道當(dāng)前狀態(tài)信息；報警單元，用于將軌道當(dāng)前狀態(tài)信息與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的報警閾值進(jìn)行對比，若分析結(jié)構(gòu)超出設(shè)定的閾值，則發(fā)出報警提示，所述報警單元包括閾值比對模塊，用于將數(shù)據(jù)分析結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行對比；報警數(shù)據(jù)庫模塊，用于儲存對比結(jié)果，并根據(jù)對比結(jié)果發(fā)出預(yù)警指示。；供電單元，用于為系統(tǒng)內(nèi)除光纖光柵傳感器外的單元模塊提供電力支持。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括濾波模塊，用于對軌道大位移數(shù)據(jù)采集模塊采集得到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波除燥處理；補償模塊，用于對外界環(huán)境對軌道造成的誤差進(jìn)行補償，以使高頻型軌道數(shù)據(jù)采集模塊對軌道應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集；圖像識別模塊，用于對尖軌圖片進(jìn)行圖像識別，得出尖軌的伸縮位移。
[0061]本發(fā)明采用的光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。當(dāng)光纖光柵所處環(huán)境的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變或其它物理量發(fā)生變化時，光柵的周期或纖芯折射率將發(fā)生變化，從而使反射光的波長發(fā)生變化，通過測量物理量變化前后反射光波長的變化，就可以獲得待測物理量的變化情況。利用光纖光柵的此特點，本發(fā)明研發(fā)了與軌道結(jié)構(gòu)相匹配的光纖光柵傳感器。通過將光柵光纖應(yīng)力傳感器粘貼在鋼軌、軌道板、底座板的表面，通過列車、溫度等荷載作用帶動光柵變形，從而監(jiān)測鋼軌、軌道板和底座板的應(yīng)力；圖3為鋼軌應(yīng)力傳感器安裝流程的示意圖。通過將光柵光纖位移傳感器兩端分別固定在發(fā)生相對位移的兩個物體上，當(dāng)兩物體發(fā)生相對位移時，會拉動光柵光纖位移傳感器的鐵絲，從而帶動光柵變形，基于此監(jiān)測鋼軌-軌道板、底座板-橋梁和橋梁-橋梁間的相對位移；通過將光柵光纖溫度傳感器貼在鋼軌表面，埋入混凝土或置于大氣中，利用溫度變化產(chǎn)生的熱脹冷縮造成的光柵變形，監(jiān)測鋼軌溫度、軌道板溫度梯度、橋梁溫度和大氣溫度。
[0062]如圖4所不，本實施例中米用的光纖位移傳感器的量程為50mm,將光纖光柵鋼軌位移傳感器的一端固定在軌道板上，一端固定在鋼軌上，A和B之間的最大距離為50mm(即傳感器的最大量程)，現(xiàn)將A和B之間的距離設(shè)為25mm，這樣就能實現(xiàn)A向左可以繼續(xù)移動25mm (此時A和B達(dá)到最大距離50mm)，A向右移動25mm (此時A與B貼靠在了一起)，因此實現(xiàn)了 ±25mm的量程。C和D之間連的是鋼絲，C和E是儀器與軌道板軌枕之間的間距，當(dāng)鋼軌與軌道板產(chǎn)生相對位移時，就會拉動兩固定端間的鋼絲，鋼絲受力從而帶動位移傳感器中的應(yīng)變片變形，利用應(yīng)變片的變形帶動光柵變形得出數(shù)據(jù)。鋼軌位移傳感器由于安裝在鋼軌底部，對列車的高速運行不會產(chǎn)生影響，因此能保證線路的安全運行。對底座板相對橋梁位移和橋梁相對位移監(jiān)測所用的傳感器和測試原理與光纖光柵鋼軌位移傳感器相同。傳統(tǒng)的位移傳感器安裝位置在鋼軌外側(cè)，雖然安裝方便，但對行車安全性產(chǎn)生很大影響，不便于實際行車。本實施例中將位移傳感器與傳輸光纜焊接在一起，通過在軌道板上打孔固定傳感器一端，同時利用安裝夾塊將位移傳感器另一端固定在鋼軌底部；設(shè)置鋼絲繩長度并固定，使其滿足傳感器位移量程；用橡膠管包裹住用于傳輸數(shù)據(jù)的光纖線，直至電纜箱，沿途用卡扣對光纖線進(jìn)行固定，在電纜箱內(nèi)將引入的傳感器光纖與主光纜焊接。
[0063]將溫度傳感器暴露在空氣中，可以測得氣溫，通過將溫度傳感器粘貼在鋼軌腰部，可以測得軌溫，通過將溫度傳感器埋入軌道板中，可以測得軌道板溫度。軌道板溫度梯度傳感器安裝前首先在軌道板上進(jìn)行打孔，然后截取長度與孔深相同的定位鐵絲，在鐵絲對應(yīng)的位置安裝固定溫度傳感器，將固定有定位鐵絲的傳感器放入軌道板孔內(nèi)后灌入與軌道板相同材質(zhì)的水泥漿，最后在表面做防水處理。本實施例中，為了能得到軌道板的溫度梯度，同時分析軌道板板中，板邊和板角的溫度差，在軌道板打孔布點時選擇在板中，板邊和板角布點。如圖5所示，由于軌道板鋼筋密集，為了打孔時避開鋼筋，打孔時參考當(dāng)?shù)剀壍腊邃摻畈贾脠D，對軌道板中間進(jìn)行溫度測量時候，選擇在注漿孔處打孔；對軌道板的板邊進(jìn)行溫度測量，選擇在兩軌枕間打孔即可；對軌道板的板角進(jìn)行溫度測量時，選擇距板邊150_和70mm處打孔，盡量靠近板角的位置即可。如圖6所示，布置溫度傳感器的孔的打孔深度為30cm，該深度會經(jīng)過軌道板、砂漿層和底座板，為了能對各個層進(jìn)行溫度測量，利用定位鐵絲將溫度傳感器送入孔內(nèi)，并根據(jù)每層的厚度，設(shè)置至少每層一個傳感器對每層的溫度進(jìn)行測量。
[0064]對于道岔尖軌等無法安裝光纖光柵傳感器的軌道敏感結(jié)構(gòu)，本發(fā)明利用視頻感知技術(shù)實用性強(qiáng)，技術(shù)安全，智能化程度和精度高，操作方便，適用于野外環(huán)境的特點，在例如道岔尖軌尖端的軌道結(jié)構(gòu)敏感部位附近安裝云臺式可旋轉(zhuǎn)攝像頭。視頻識別主要包括前端視頻信息的采集及傳輸、中間的視頻檢測和后端的分析處理三個環(huán)節(jié)。本發(fā)明利用例如視頻采集攝像機(jī)的道岔尖軌位移數(shù)據(jù)采集模塊提供清晰穩(wěn)定的視頻信號；再通過濾波模塊對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪；最后通過數(shù)據(jù)處理模塊，對視頻畫面中的異常情況做目標(biāo)和軌跡標(biāo)記。通過對視頻圖像進(jìn)行分析，排除監(jiān)視現(xiàn)場中非人類的干擾因素，準(zhǔn)確判斷目標(biāo)在視頻圖像中的活動情況。
[0065]如圖7所示，本發(fā)明利用視頻感知技術(shù)檢測尖軌的伸縮位移和道岔，橋梁等結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)。通過在尖軌旁的基本軌軌腰上粘貼標(biāo)尺，利用云臺式攝像頭固定角度拍攝尖軌，得到帶有尖軌和標(biāo)尺的清晰穩(wěn)定的視頻信號；再通過濾波模塊對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪；最后通過數(shù)據(jù)處理及分析模塊，對視頻畫面進(jìn)行識別、檢測、分析，得到尖軌尖端對應(yīng)位置的標(biāo)尺刻度，從而可以準(zhǔn)確判斷出尖軌的伸縮變形。本實施例中，由于考慮高速鐵路對安全要求很高，不允許攝像頭安裝在橋上擋墻以內(nèi)，同時現(xiàn)場的實際情況又不存在安裝攝像頭的具有合適高度的位置。因此，利用以中空的攝像頭安裝桿將攝像頭安裝在橋梁欄桿上。橋梁護(hù)欄上下的位置各設(shè)置一個可在橋梁護(hù)欄上進(jìn)行微量位移移動的夾塊，用于固定攝像頭安裝桿。該桿除了懸掛攝像頭之外，其內(nèi)部的空間用于穿線，這樣可對傳輸線進(jìn)行保護(hù)。
[0066]本發(fā)明基于修正應(yīng)力-應(yīng)變技術(shù)滿足高頻振動測試，動態(tài)響應(yīng)快，測試精度高，方法簡單，實用性強(qiáng)，能實現(xiàn)自補償自修正，同時價格低廉的特點，結(jié)合現(xiàn)場的環(huán)境條件，監(jiān)測鋼軌的橫向力和垂向力。如圖8所示，垂直力和橫向力測試應(yīng)變花分別貼在鋼軌中和軸附近及軌底上部表面，與鋼軌縱向呈±45°C。垂向力橋路采用全橋。在垂向力橋路中，AC對應(yīng)電壓輸入，BD對應(yīng)信號輸出。應(yīng)變花以中性軸為中心成對粘貼(60kg/m鋼軌，中性軸距離軌底8.123cm)，應(yīng)變花中心間距應(yīng)保持在22cm。如圖9所示，在橫向力橋路中，AC對應(yīng)電壓輸入，BD對應(yīng)信號輸出。應(yīng)變花以距離軌底邊緣2.5cm處為中心成對粘貼(60kg/m鋼軌)，應(yīng)變花中心間距應(yīng)保持在2cm。通過在自動伸縮的鋼板上粘貼補償片，實現(xiàn)溫度自補償。最終測試垂向力的橋路得到的應(yīng)變只有垂向應(yīng)變，測試橫向力的橋路得到的應(yīng)變只有橫向應(yīng)變。輪軌垂向力的標(biāo)定采用專用設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)定；輪軌橫向力利用千斤頂及加力架現(xiàn)場標(biāo)定。
[0067]通過對系統(tǒng)采集到的檢測數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的報警閾值進(jìn)行比較，若超限則生成報警信息，自動存儲到報警數(shù)據(jù)庫中，以聲音或警醒的方式進(jìn)行提示。同時根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空分布和監(jiān)測參量間的相互關(guān)系，建立軌道系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測及決策數(shù)學(xué)模型，對后續(xù)軌道狀態(tài)的發(fā)展進(jìn)行一定程度的預(yù)測，對可能發(fā)生的破壞進(jìn)行一定程度的預(yù)警。在數(shù)據(jù)處理過程中，由于數(shù)據(jù)量龐大，極有可能出現(xiàn)壞值，為了避免壞值產(chǎn)生錯誤的報警提示和影響軌道狀態(tài)的預(yù)測，針對壞值，剔除的方法為通過長期的觀測發(fā)現(xiàn)，某一指標(biāo)采集的數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。利用多年觀測數(shù)據(jù)得到該指標(biāo)的算術(shù)平均值和均方根偏差。假設(shè)該指標(biāo)某次測得的數(shù)值與該指標(biāo)歷史數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值之差大于3倍的該指標(biāo)歷史數(shù)據(jù)的均方根偏差，則表明該次測量數(shù)據(jù)有問題，需要對該數(shù)值剔除。若一段時間內(nèi)連續(xù)或多次出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)，則發(fā)出現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備可能故障的提示。
[0068]如圖10所示，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集通過在監(jiān)測現(xiàn)場及其附近的數(shù)據(jù)采集中心間鋪設(shè)專門的光纜，將現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集中心的采集服務(wù)器中。通過無線網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖说奶幚矸?wù)器中。
[0069]本發(fā)明所述技術(shù)方案對鐵路軌道進(jìn)行監(jiān)控，該方案能夠長期實時監(jiān)測鐵路軌道系統(tǒng)中的鋼軌溫度、伸縮附加力、垂向力、橫向力和位移，道岔尖軌位移，軌道板的溫度梯度和應(yīng)力，底座板-橋梁相對位移，橋梁的溫度、位移。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明利用現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空分布和監(jiān)測參量間的相互關(guān)系，通過數(shù)據(jù)的處理分析，對線路服役狀態(tài)進(jìn)行綜合評估，實現(xiàn)自動化的預(yù)警預(yù)測。本發(fā)明方法對軌道結(jié)構(gòu)沒有破壞，軌道上的監(jiān)測設(shè)備無源，不會對軌道電路產(chǎn)生影響，同時自身抗干擾能力強(qiáng)，無零漂，能夠保證測試的精度和準(zhǔn)確性。本發(fā)明能夠適應(yīng)鐵路行車速度高，密度大，天窗時間短的特點，能夠適應(yīng)現(xiàn)場惡劣環(huán)境，全天候監(jiān)測軌道系統(tǒng)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動存儲和安全通信。本發(fā)明具有敏感點布設(shè)合理，捕捉及時，對結(jié)構(gòu)的影響程度實時反應(yīng)等優(yōu)點，滿足了鐵路安全運營的需要，解決了無縫線路安全服役狀態(tài)可控性技術(shù)難題，為列車的安全、平穩(wěn)運行提供了可靠保障。
[0070]綜上所述，本發(fā)明將鐵路軌道進(jìn)行監(jiān)控，并通過對光纖光柵技術(shù)，視頻感知技術(shù)和修正應(yīng)力-應(yīng)變技術(shù)的融合，形成了對軌道結(jié)構(gòu)從外觀到內(nèi)在，從細(xì)觀到宏觀，從低頻到高頻的綜合智能化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對軌道系統(tǒng)的長期實時監(jiān)測。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集和處理分析，能夠?qū)崟r測試軌道系統(tǒng)安全服役行為。同時通過建立軌道系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測及決策數(shù)學(xué)模型，對可能發(fā)生的破壞一定程度上進(jìn)行預(yù)測預(yù)警，從而為列車的安全平穩(wěn)運行提供保障。該監(jiān)測方法適用于高速鐵路和城市軌道交通線路，具有很高的應(yīng)用價值和商業(yè)推廣前景。
[0071]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)的實時監(jiān)控方法，其特征在于，該方法步驟包括 51、利用光纖光柵傳感器對軌道系統(tǒng)溫度和小位移等低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集； 52、利用視頻監(jiān)測對軌道系統(tǒng)大位移數(shù)據(jù)進(jìn)行采集； 53、利用應(yīng)力花貼對軌道的垂直應(yīng)力和橫向應(yīng)力進(jìn)行高頻數(shù)據(jù)采集； 54、對步驟S1至S3采集得到的軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)軌道及其部件的受力和變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，對可能發(fā)生的破壞一定程度上進(jìn)行預(yù)測預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟S2利用光纖光柵傳感器對軌道系統(tǒng)的溫度和小位移等低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集包括 在鋼軌底部的軌道板適當(dāng)位置打孔，固定位移傳感器的一端。通過安裝夾塊將光纖光柵位移傳感器另一端固定在鋼軌底部； 設(shè)置鋼絲繩長度并固定，使其滿足傳感器位移量程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟S1利用光纖光柵傳感器對軌道系統(tǒng)的溫度和小位移等低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集包括 對軌道板進(jìn)行打孔，將溫度傳感器布置在孔內(nèi)并做密封處理； 測量軌道板溫度的位置包括板中、板邊和板角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實時監(jiān)控方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)?shù)剀壍腊邃摻畈贾脠D，采用在軌道板板中的注漿孔處打孔放置溫度傳感器測量板中間溫度梯度； 采用軌道板兩軌枕間打孔放置溫度傳感器來測量板邊溫度； 采用在距板邊150_和70_處打孔放置溫度傳感器來測量板角溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟S2包括 利用固定在護(hù)欄上的夾塊將中空的攝像頭安裝桿固定在護(hù)欄上； 將攝像頭固定在所述攝像頭安裝桿的上部，將傳輸線從攝像頭安裝桿的中空部分順出與上一級傳輸設(shè)備連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟S4包括 將處理結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報警閾值進(jìn)行比對，若超限則發(fā)出報警提示； 若當(dāng)前測量值與此項數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值之差大于3倍的歷史數(shù)據(jù)的均方根偏差，則判斷該測量值為壞值，不參與數(shù)據(jù)的處理及分析。 若一段時間內(nèi)連續(xù)或多次出現(xiàn)壞值數(shù)據(jù)，則判定監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)異常。
7.基于多手段融合的鐵路軌道系統(tǒng)的實時監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 數(shù)據(jù)采集單元，用于對軌道系統(tǒng)的溫度、應(yīng)力、位移等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集； 數(shù)據(jù)庫模塊，用于儲存數(shù)據(jù)采集單元采集的軌道數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)處理及分析模塊，用于從數(shù)據(jù)庫模塊中調(diào)取軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，獲得軌道當(dāng)前狀態(tài)信息； 報警單元，用于將軌道當(dāng)前狀態(tài)信息與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的報警閾值進(jìn)行對比，若分析結(jié)構(gòu)超出設(shè)定的閾值，則發(fā)出報警提示； 供電單元，用于為系統(tǒng)內(nèi)除光纖光柵傳感器外的單元模塊提供電力支持。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的實時監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元包括 低頻型數(shù)據(jù)采集模塊，利用光纖光柵傳感器對軌道系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力、小位移和溫度等低頻數(shù)據(jù)的采集； 大位移數(shù)據(jù)采集模塊，利用視頻監(jiān)控對道岔尖軌等進(jìn)行伸縮位移的視頻數(shù)據(jù)采集；高頻型數(shù)據(jù)采集模塊，利用應(yīng)力花貼對軌道系統(tǒng)進(jìn)行垂直應(yīng)力和橫向應(yīng)力等高頻數(shù)據(jù)的米集。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的實時監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述報警單元包括 閾值比對模塊，用于將數(shù)據(jù)分析結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行對比； 報警數(shù)據(jù)庫模塊，用于儲存對比結(jié)果，并根據(jù)對比結(jié)果發(fā)出預(yù)警指示。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的實時監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括 濾波模塊，用于對軌道大位移數(shù)據(jù)采集模塊采集得到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波除燥處理；補償模塊，用于對外界環(huán)境對軌道造成的誤差進(jìn)行補償，以使高頻型軌道數(shù)據(jù)采集模塊對軌道應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集； 圖像識別模塊，用于對尖軌圖片進(jìn)行圖像識別，得出尖軌的伸縮位移。
【文檔編號】B61K9/08GK104401360SQ201410658164
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】高亮, 蔡小培, 陳 峰, 尹輝, 肖宏, 辛濤, 林超 申請人:北京交通大學(xué), 中國鐵路總公司