CN102358331A - 一种铁道沿线山体滑坡协同检测系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种铁道沿线山体滑坡协同检测系统及处理方法。本发明包含的三类磁性传感器预设在铁路旁的泥石流易受灾区域内。第一磁性传感器通过汇聚节点与系统中的微控制器连接；第二磁性传感器、第三磁性传感器通过无线传感信号采集终端将信号发送给无线传感信号接收器后与微控制器连接。微控制器处理后的信号通过射频发射机发射信号给信号接收装置。信号接收装置与车站调度室和火车驾驶室里的计算机监控装置连接，计算机监控装置与报警装置连接。本发明的协同判断机制的山体滑坡系统能够及时的获取泥石流区域的信息，并且预警灾害的严重程度，定位火车的具体位置，将泥石流信息及时快速的传递到铁道管理部门，对防灾避灾有非常实用的价值。

Description

一种铁道沿线山体滑坡协同检测系统及处理方法

技术领域

本发明是一种铁道沿线山体滑坡协同检测系统及处理方法，属于铁道沿线山体滑坡协同检测系统及处理方法的改造技术。

背景技术

滑坡、泥石流是发生在我国江河上游及水库库区部分区域内的两类重力侵蚀，是公认的四大地质灾害之一。我国铁路路线分布广泛，地形复杂，易发生泥石流的灾害性区域众多，在非正常情况，特别是暴风雨季节后会出现泥石流，且发生泥石流的地点无法确定。传统的泥石流检测预警方法是建立简易的监测点，派专员人工监测，监测仪器科技含量不高，方法单一，遇到恶劣天气通信难以畅通，特别是夜间作业，监测预警的效果更加不明显，因此对泥石流现象防不胜防，常常因为没有及时发现泥石流现象而导致灾难的发生，造成人员的伤亡和经济的巨大损失。

然而目前存在的报警装置中还存在以下不足：

1）发生泥石流灾情的区域，伴随发出的次声信号异常细微，且干扰信号复杂，利用次声波监测的泥石流报警装置无法灵敏的检测到险情，造成人员的伤亡和经济的巨大损失。

2）列车经过灾害性泥石流区域的时候，发生泥石流灾情，利用检测突发的灾害性路况的报警装置，在检测到路况突变后采取紧急措施，不能及时的做到提前预警，无法有效的防灾避灾。

3）在灾害性区域内突发泥石流，若火车已经处于这一发生险情的区域内，如果不能及时的定位火车的具体位置，将会加大相关救援人员搜索的工作量，无法进行有效的抢险救灾。

4）单一的报警设置，不能做到多级报警，不能及时的了解灾情的严重程度，无法采取相应的防灾救灾的措施；抗干扰能力弱，易受环境中非灾害性变化的影响，无法准确识别灾情的发生，容易引起误判，造成人力物力的浪费。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种设计合理，方便实用的铁道沿线山体滑坡协同检测系统。本发明不仅节省空间、成本低、使用安全、操作方便，使用寿命长。

本发明的另一目的在于提供一种铁道沿线山体滑坡协同检测系统的处理方法。

本发明的技术方案是：本发明的铁道沿线山体滑坡协同检测系统，包括有传感器检测模块、信号处理模块、射频信号发射模块、信号接收处理模块，传感器检测模块中包括第一磁性传感器、第二磁性传感器、第三磁性传感器，信号处理模块包括汇聚节点、微控制器、无线传感信号接收装置，射频信号发射模块包括射频信号发射机，信号接收处理模块包括信号接收装置、计算机监控装置、报警装置，所述汇聚节点将第一磁性传感器感知的变化转变为数字信号连入系统中的微控制器，所述无线传感信号接收装置将第二磁性传感器及第三磁性传感器感知的变化连入系统中的微控制器，微控制器经过逻辑判断处理发出的信号经过射频信号发射模块中的射频信号发射机将信号传输至信号接收处理模块中的信号接收装置，信号接收装置的信号输出端与车站调度室和火车驾驶室里的计算机监控装置连接，计算机监控装置与报警装置连接。

上述射频信号发射机是基于GSM-R系统的信号发射机；上述信号接收装置为GSM-R通信接收装置。

上述第一磁性传感器通过有线的方式接入系统，所述第二磁性传感器、第三磁性传感器通过无线传输的形式接入系统。

上述报警装置为声光报警装置。

上述第一磁性传感器是用于感知火车的传感器，第一磁性传感器为地磁传感器；上述第二磁性传感器是用于检测局部地形变化的传感器，第二磁性传感器为磁性方向传感器；上述第三磁性传感器是用于检测地磁变化的传感器，第三磁性传感器为磁阻敏感器。

上述第一磁性传感器、第二磁性传感器、第三磁性传感器三种磁性传感器的感知范围有叠加，火车经过的时候，火车行驶区域中的第一磁性传感器产生感应，与列车行驶区域临近的部分第二磁性传感器、第三磁性传感器产生不同程度的感应；地表移动令第二磁性传感器产生反应，对第一磁性传感器及第三磁性传感器无明显的影响；地磁变化会使第三磁性传感器产生感应，而对相邻的第一磁性传感器、第二磁性传感器无明显的影响；系统在某区域内的第一磁性传感器、第二磁性传感器、第三磁性传感器探测到类似于火车经过的变化，表明火车正处于该区域。

本发明铁道沿线山体滑坡协同检测系统的处理方法，其特征在于包括以下三个阶段：调试阶段，运行阶段和校正阶段。系统安装完毕，首先需要对系统进行调试，通过调试阶段设定各磁性传感器正常区间值以及阈值；进入运行阶段后，有相应的判断机制预警泥石流险情和报警；在系统正常运行的过程中，系统采取激发校正进入校正阶段，及时排除故障，保证系统的稳定和安全。

上述调试阶段在各系统安装完毕后，需要针对不同情况下的传感器设定对应的阈值，阈值的取值根据系统调试阶段内获取的数据以及历年泥石流数据统计情况设定。

上述运行阶段在系统运行阶段定时采集数据监测，灾情的多层报警机制分为以下3种状态：

1）第一磁性传感器没有检测到电压变化的时候，表明火车没有处于该灾害性区域，此时第二磁性传感器阈值自动设置为无火车经过状态下的阈值，第二磁性传感器或者第三磁性传感器有异常信号的时候，表明该区域地磁有变化或者是附近滑带有轻微变动，发出预报警信号，需要对该区域进行严密关注；第二磁性传感器检测到超过该状态下设定阈值的异常信号的时候，表明该区域发生了大面积的滑带移动，发出报警信号；

2）第一磁性传感器检测到设定的电压变化时，表明火车已经处于该灾害性区域内，此时第二磁性传感器阈值自动设置为有火车经过状态的阈值，第二磁性传感器或者第三磁性传感器有异常信号的时候，表明该区域地磁有变化或者是附近滑带有轻微变动，并且火车处于该灾害性区域内，发出报警信号；第二磁性传感器检测到有超过该状态下的设定阈值的异常信号的时候，表明该区域发生了大面积的滑带移动，并且火车处于该灾害性区域内，发出紧急报警信号；

3）若第一磁性传感器检测到变化，但不是设定的火车经过时的变化，表明该第一磁性传感器有受到干扰，发送校正信号，及时处理发生状况的磁性传感器。

上述校正阶段在系统会根据以下情况的出现而激发进入校正阶段，常态下系统的校正机制处于休眠状态：

  1）系统接收到第一磁性传感器检测到异常变化而发出的校正信号；

2）根据列车表以及第一磁性传感器的感应，若有火车刚经过该泥石流易受灾区域，则对处于该区域的系统进行校正测试，其他区域系统的校正机制处于休眠状态。

本发明由于采用一种协同判断机制的山体滑坡系统。它的主要优点如下：

1）有效地减少工务人员工作量。中国铁路分布广且复杂，以往是通过工务人员对沿路巡检来保障铁路运营路线的安全。该装置可以准确的感知易受灾区域内泥石流的发生，减少了人员勘察的工作量。

2）及时的获取泥石流灾情的信息，快速采取措施。发生泥石流灾情的区域，常常伴随着灾害区天气的发生，导致通信不顺畅。一般的处理措施是先将灾情信息传递到火车站调度室，再由调度室向灾害区域内的火车发送警报，由于信号受干扰，往往不能及时通信。该协同判断机制的山体滑坡系统在火车驾驶室内直接装有信号接收装置，能够让处于灾害性区域内的火车及时的接收到报警信号，为采取紧急措施赢得宝贵时间。

3）精准的预警泥石流灾害的严重程度。该系统在运行阶段时针对不同等级的险情状况发送报警信号，信号有以下4种：预报警信号，报警信号，紧急报警信号，校正信号。工作人员可对不同的报警信息采取相应的措施。

4）准确定位火车的具体位置。若灾害性区域内发生泥石流灾情，可以准确的获知已处于该区域内的火车位置，有利于及时的抢险救灾。

本发明的铁道沿线山体滑坡协同检测系统及处理方法设计合理，方便实用。

附图说明

图1为本发明铁道沿线山体滑坡协同检测系统的布局图；

图2为本发明铁道沿线山体滑坡协同检测系统的结构框图；

图3为本发明处理方法的整体结构框图；

图4为本发明处理方法调试阶段的处理步骤图；

图5为本发明处理方法运行阶段的信号报警具体操作流程图；

图6为本发明处理方法校正阶段的处理步骤图。

具体实施方式

实施例：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明的系统布局如图1所示，系统中包含三类磁性传感器，分别为第一磁性传感器 11、第二磁性传感器 12、第三磁性传感器 13。第一磁性传感器 11以一定间隔距离预置在泥石流易受灾区域的沿线铁轨中；第二磁性传感器 12分散预置在易突发泥石流的敏感性区域内，如斜坡或沟谷；第三磁性传感器 13埋设在泥石流易受灾区域的地表层内。所有的磁性传感器装入铝或塑料等非磁性材料制成的具有足够机械强度的护管中，引出引线，两头封死，进行防潮防漏处理。该系统中的第一磁性传感器 11通过汇聚节点与系统中的微控制器连接；第二磁性传感器 12、第三磁性传感器 13通过无线传感信号采集终端将信号发送给无线传感信号接收器后，与系统中的微控制器连接。将微控制器处理过后的信号与连接GSM—R通信系统的射频发射机发射给信号接收装置。所述的信号接收装置与车站调度室和火车驾驶室里的计算机监控装置连接，计算机监控装置与报警装置连接。 

本发明的系统结构如图2所示，本发明由传感器检测模块，信号处理模块，射频信号发射模块，信号接收处理模块共4部分组成。传感器检测模块中包括第一磁性传感器 11、第二磁性传感器 12、第三磁性传感器 13，信号处理模块包括汇聚节点 21,微控制器22，无线传感信号接收装置23。所述的汇聚节点将各传感器感知的变化转变为数字信号连入系统中的微控制器，所述的无线传感信号接收装置将第二磁性传感器 12、第三磁性传感器 13感知的变化连入系统中的微控制器，微控制器经过逻辑判断处理发出不同等级的报警信号。射频信号发射模块包括射频信号发射机 31，所述的射频信号发射机是基于GSM-R系统的信号发射机。信号接收处理模块包括信号接收装置 41，计算机监控装置 42，报警装置 43，所述的信号接收装置为GSM-R通信接收装置，报警装置为声光报警装置。

本发明的实施例具体步骤

本发明的一种协同判断机制的山体滑坡系统的处理方法包含以下内容：

1．安装的第一磁性传感器 11，如地磁传感器，对于火车这样一个铁磁性物体经过所产生的对极微弱磁场影响可识别，记录感应的效果，下次火车通过的时候，可以根据产生相同感应的第一磁性传感器11的位置来判断火车的具体位置；安装的第二磁性传感器12，如磁性方向传感器，可以灵敏的察觉到局部区域内因为地势变化而产生的地磁变化，用来检测泥石流引起滑带的地势变化，发现泥石流险情；安装的第三磁性传感器13，如磁阻敏感器，可感应到灾害性的地质变化（如地震，泥石流等）前而产生的地磁变化，用于提前预警。

2. 三种磁性传感器的感知范围有叠加。火车经过的时候，火车行驶区域中的传感器会产生感应，与列车行驶区域临近的部分第二磁性传感器12、第三磁性传感器13会产生不同程度的感应；地表移动令第二磁性传感器12产生反应，对第一磁性传感器11和第三磁性传感器13无明显的影响；地磁变化会使第三磁性传感器13产生感应，而对相邻的第一磁性传感器11、第二磁性传感器12无明显的影响。系统在某区域内的第一磁性传感器11、第二磁性传感器12、第三磁性传感器13探测到类似于火车经过的变化，表明火车正处于该区域。

3. 第一磁性传感器11通过汇集节点把采集的信息传输入系统中；第二磁性传感器12、第三磁性传感器13通过无线传感信号采集终端把信号发送给无线传感信号接收器后，将采集的信息传输入系统中。第一磁性传感器11通过有线的方式接入系统，可以降低系统成本；第二磁性传感器12、第三磁性传感器13通过无线传输的形式接入系统，能够更加灵活多变的放置探测点。

4. 一种铁道沿线协同判断机制的山体滑坡梯田的处理方法包括三个阶段：调试阶段，运行阶段和校正阶段。

5.各系统安装完毕后，需要针对不同情况下的传感器设定对应的阈值，阈值的取值可以根据系统调试阶段内获取的数据以及历年泥石流数据统计情况设定。

6.系统运行阶段定时采集数据监测，灾情的多层报警机制分为以下3种状态：

1）第一磁性传感器11没有检测到电压变化的时候，表明火车没有处于该灾害性区域。此时第二磁性传感器12阈值自动设置为无火车经过状态下的阈值。第二磁性传感器12或者第三磁性传感器13有异常信号的时候，表明该区域地磁有变化或者是附近滑带有轻微变动，发出预报警信号，需要对该区域进行严密关注；第二磁性传感器12检测到超过该状态下设定阈值的异常信号的时候，表明该区域发生了大面积的滑带移动，发出报警信号。

2）第一磁性传感器11检测到设定的电压变化时，表明火车已经处于该灾害性区域内。此时第二磁性传感器12阈值自动设置为有火车经过状态的阈值。第二磁性传感器12或者第三磁性传感器13有异常信号的时候，表明该区域地磁有变化或者是附近滑带有轻微变动，并且火车处于该灾害性区域内，发出报警信号；第二磁性传感器12检测到有超过该状态下的设定阈值的异常信号的时候，表明该区域发生了大面积的滑带移动，并且火车处于该灾害性区域内，发出紧急报警信号。

3）若第一磁性传感器11检测到变化，但不是设定的火车经过时的变化，表明该磁性传感器Ａ有受到干扰，发送校正信号，及时处理发生状况的磁性传感器。

7.系统会根据以下情况的出现而激发进入校正阶段，常态下系统的校正机制处于休眠状态：

  1）系统接收到第一磁性传感器11检测到异常变化而发出的校正信号。

2）根据列车表以及第一磁性传感器11的感应，若有火车刚经过该泥石流易受灾区域，则对处于该区域的系统进行校正测试，其他区域系统的校正机制处于休眠状态。

本发明处理方法的包括三个阶段：调试阶段，运行阶段和校正阶段。系统安装完毕，首先需要对系统进行调试，设定各磁性传感器正常区间值以及阈值；进入运行阶段后，有相应的判断机制预警泥石流险情和报警；在系统正常运行的过程中，系统采取激发校正进入校正阶段，及时排除故障，保证系统的稳定和安全。该系统处理方法的整体结构框图如图3所示。

本发明处理方法调试阶段的具体操作流程如下：

各系统安装完毕后，需要针对不同情况下的传感器设定对应的阈值，阈值的取值可以根据系统调试阶段内获取的数据以及历年泥石流数据统计情况设定。该系统在调试阶段的处理步骤图如图4所示。

六、本发明处理方法运行阶段的信号报警具体操作流程

该系统在运行阶段的信号报警具体操作流程图如图5所示，它由以下步骤来判别：

S1.复位，各传感器置于设置的初始状态。

S2.传感器数据采样。

S3. 系统中的第一磁性传感器11通过汇聚节点将信号接入系统中的微控制器；第二磁性传感器12、第三磁性传感器13通过无线传感信号采集终端将信号发送给无线传感信号接收器后，将信号接入系统中的微控制器。

S4.第一磁性传感器11检测到变化，执行下一步；否则跳到S11。

S5.第一磁性传感器11检测到的变化与火车经过时的状态一致，执行下一步；否则跳到S15。

S6.第二磁性传感器12、第三磁性传感器13检测到的变化与火车经过时的状态一致，说明情况正常，跳到S2重新开始检测；否则说明第二磁性传感器12或第三磁性传感器13检测到异变，跳到S7。

   S7.第三磁性传感器13没有检测到异变，执行下一步；否则跳到S9。

S8.第二磁性传感器12检测到的变化在阈值范围内，执行下一步；否则跳到S10。

S9.系统发送报警信号，并且返回S2重新检测。

S10.系统发送紧急报警信号，并且返回S2重新检测。

S11.第二磁性传感器12、第三磁性传感器13检测到变化，执行下一步；否则跳到S2。

S12.第三磁性传感器13没有检测到异变，执行下一步；否则跳到S14。

S13. 第二磁性传感器12检测到的变化在阈值范围内，执行下一步；否则跳到S9。

S14.系统发送预报警信号，并且返回S2重新检测。

S15. 疑似第一磁性传感器11受到干扰，系统发送校正信息，由巡检人员进行校正，系统返回S2重新检测。

本发明处理方法校正阶段的具体操作流程如下：

系统会根据以下情况的出现而激发进入校正阶段，常态下系统的校正机制处于休眠状态：

  1）系统接收到第一磁性传感器11检测到异常变化而发出的校正信号。

2）根据列车表以及第一磁性传感器11的感应，若有火车刚经过该泥石流易受灾区域，则对处于该区域的系统进行校正测试，其他区域系统的校正机制处于休眠状态。

该系统在校正阶段的处理步骤图如图6所示。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁道沿线山体滑坡协同检测系统，其特征在于包括有传感器检测模块、信号处理模块、射频信号发射模块、信号接收处理模块，传感器检测模块中包括第一磁性传感器（11）、第二磁性传感器（12）、第三磁性传感器（13），信号处理模块包括汇聚节点（21）、微控制器（22）、无线传感信号接收装置（23），射频信号发射模块包括射频信号发射机（31），信号接收处理模块包括信号接收装置（41）、计算机监控装置（42）、报警装置（43），所述汇聚节点（21）将第一磁性传感器（11）感知的变化转变为数字信号连入系统中的微控制器（22），所述无线传感信号接收装置（23）将第二磁性传感器（12）及第三磁性传感器（13）感知的变化连入系统中的微控制器（22），微控制器（22）经过逻辑判断处理发出的信号经过射频信号发射模块中的射频信号发射机（31）将信号传输至信号接收处理模块中的信号接收装置（41），信号接收装置（41）的信号输出端与车站调度室和火车驾驶室里的计算机监控装置（42）连接，计算机监控装置（42）与报警装置（43）连接。

2.根据权利要求1所述的铁道沿线山体滑坡协同检测系统，其特征在于上述射频信号发射机（31）是基于GSM-R系统的信号发射机；上述信号接收装置（42）为GSM-R通信接收装置。

3.根据权利要求1所述的铁道沿线山体滑坡协同检测系统，其特征在于上述第一磁性传感器（11）通过有线的方式接入系统，所述第二磁性传感器（12）、第三磁性传感器（13）通过无线传输的形式接入系统。

4.根据权利要求1所述的铁道沿线山体滑坡协同检测系统，其特征在于上述报警装置（43）为声光报警装置。

5.根据权利要求1至4任一项所述的铁道沿线山体滑坡协同检测系统，其特征在于上述第一磁性传感器（11）是用于感知火车的传感器，第一磁性传感器（11）为地磁传感器；上述第二磁性传感器（12）是用于检测局部地形变化的传感器，第二磁性传感器（12）为磁性方向传感器；上述第三磁性传感器（13）是用于检测地磁变化的传感器，第三磁性传感器（13）为磁阻敏感器。

6.根据权利要求5所述的铁道沿线山体滑坡协同检测系统，其特征在于上述第一磁性传感器（11）、第二磁性传感器（12）、第三磁性传感器（13）三种磁性传感器的感知范围有叠加，火车经过的时候，火车行驶区域中的第一磁性传感器（11）产生感应，与列车行驶区域临近的部分第二磁性传感器（12）、第三磁性传感器（13）产生不同程度的感应；地表移动令第二磁性传感器（12）产生反应，对第一磁性传感器（11）及第三磁性传感器（13）无明显的影响；地磁变化会使第三磁性传感器（13）产生感应，而对相邻的第一磁性传感器（11）、第二磁性传感器（12）无明显的影响；系统在某区域内的第一磁性传感器（11）、第二磁性传感器（12）、第三磁性传感器（13）探测到类似于火车经过的变化，表明火车正处于该区域。

7.一种铁道沿线山体滑坡协同检测系统的处理方法，其特征在于包括以下三个阶段：调试阶段，运行阶段和校正阶段，系统安装完毕，首先需要对系统进行调试，通过调试阶段设定各磁性传感器正常区间值以及阈值；进入运行阶段后，有相应的判断机制预警泥石流险情和报警；在系统正常运行的过程中，系统采取激发校正进入校正阶段，及时排除故障，保证系统的稳定和安全。

8.根据权利要求7所述的铁道沿线山体滑坡协同检测系统的处理方法，其特征在于上述调试阶段在各系统安装完毕后，需要针对不同情况下的传感器设定对应的阈值，阈值的取值根据系统调试阶段内获取的数据以及历年泥石流数据统计情况设定。

9.根据权利要求7所述的铁道沿线山体滑坡协同检测系统的处理方法，其特征在于上述运行阶段在系统运行阶段定时采集数据监测，灾情的多层报警机制分为以下3种状态：

1）第一磁性传感器（11）没有检测到电压变化的时候，表明火车没有处于该灾害性区域，此时第二磁性传感器（12）阈值自动设置为无火车经过状态下的阈值，第二磁性传感器（12）或者第三磁性传感器（13）有异常信号的时候，表明该区域地磁有变化或者是附近滑带有轻微变动，发出预报警信号，需要对该区域进行严密关注；第二磁性传感器（12）检测到超过该状态下设定阈值的异常信号的时候，表明该区域发生了大面积的滑带移动，发出报警信号；

2）第一磁性传感器（11）检测到设定的电压变化时，表明火车已经处于该灾害性区域内，此时第二磁性传感器（12）阈值自动设置为有火车经过状态的阈值，第二磁性传感器（12）或者第三磁性传感器（13）有异常信号的时候，表明该区域地磁有变化或者是附近滑带有轻微变动，并且火车处于该灾害性区域内，发出报警信号；第二磁性传感器（12）检测到有超过该状态下的设定阈值的异常信号的时候，表明该区域发生了大面积的滑带移动，并且火车处于该灾害性区域内，发出紧急报警信号；

3）若第一磁性传感器（11）检测到变化，但不是设定的火车经过时的变化，表明该第一磁性传感器（11）有受到干扰，发送校正信号，及时处理发生状况的磁性传感器。

10.根据权利要求7所述的铁道沿线山体滑坡协同检测系统的处理方法，其特征在于上述校正阶段在系统会根据以下情况的出现而激发进入校正阶段，常态下系统的校正机制处于休眠状态：

 1）系统接收到第一磁性传感器（11）检测到异常变化而发出的校正信号；

2）根据列车表以及第一磁性传感器（11）的感应，若有火车刚经过该泥石流易受灾区域，则对处于该区域的系统进行校正测试，其他区域系统的校正机制处于休眠状态。

Images