CN104340239A - 铁路防灾立体监测报警系统 - Google Patents
铁路防灾立体监测报警系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104340239A CN104340239A CN201310324219.2A CN201310324219A CN104340239A CN 104340239 A CN104340239 A CN 104340239A CN 201310324219 A CN201310324219 A CN 201310324219A CN 104340239 A CN104340239 A CN 104340239A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- disaster
- fiber
- sensor
- grating
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 111
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 64
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 45
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 15
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000005055 memory storage Effects 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 230000002929 anti-fatigue Effects 0.000 description 1
- 230000000703 anti-shock Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
- B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
- B61L23/041—Obstacle detection
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
- B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
- B61L23/042—Track changes detection
- B61L23/048—Road bed changes, e.g. road bed erosion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Emergency Alarm Devices (AREA)
- Alarm Systems (AREA)
- Devices Affording Protection Of Roads Or Walls For Sound Insulation (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于铁路沿线危岩落石的铁路防灾立体监测报警系统，包括：铁路防灾立体监测系统；与所述铁路防灾立体监测系统相连接的信号处理系统；以及与所述信号处理系统相连接的报警系统，在所述信号处理系统确定防护网发生和/或达到危险程度及振动量发生和/或达到危险程度的情况下，以一种或多种方式发出报警信号和/或情报信息。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感、信号处理、工业信息化、危岩落石防护及监测等技术领域，具体地，通过融合防护网监测技术及崩塌落石监测技术，对危岩落石进行立体监测报警，适用于铁路沿线危岩落石的安全监测。
背景技术
崩塌落石是我国山区三大自然灾害（滑坡，泥石流，崩塌）之一，在岩体裸露、褶曲断裂和风化较严重的陡坡地区经常发生崩塌落石灾害。在山区，崩塌落石现象时有发生，轻则使铁路和车辆遭到轻微毁坏，重则使道路中断，给铁路运输带来重大损失。崩塌落石灾害已严重威胁着铁路运输安全和旅客生命安全，对铁路运输生产、安全管理、运营效率，以及经济效益、社会效益产生巨大影响，已成为我国西部开发和交通建设大发展的重要制约因素。为此，积极采取措施对崩塌灾害尽可能进行有效防护及监测预警，对于铁路运营以及乘客的生命财产安全有着重大深远的意义和影响。由于形成崩塌落石灾害的危岩体多分布于高陡边坡上，从源头完全治理将耗费巨大的人力物力，目前更多的是采取灾前的落石防护措施。在灾前边坡防护措施中，柔性被动防护网以其固有的施工简单、维修方便、技术先进、安全可靠、环保经济、设计选型标准化等优点，得到了迅速的发展与普及，应用在许多边坡防护工程中。随着柔性被动防护网的发展，避免防护网单一被动的防护模式，对防护网的工作情况实施全方位智能监测也势在必行。
山区铁路主要在多雾多雨少人地区, 设备维护困难, 一般外置设备存在损坏和盗窃的隐患，铁路沿线的高压线路会形成一个强高压的电磁场，同时钢轨上弱电信号易产生电磁干扰，因此铁路防灾监测报警面临很多困难。光纤传感技术采用光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号。光纤容易接受被测量的荷载，是一种优良的敏感元件，同时光纤具备安全（光纤本身不导电）、耐温（高温、低温）、抗电磁干扰、抗辐射、不产生电磁干扰和辐射等特点，可实现对物体的高精度、无干扰的实时监测，适合在铁路无人区、无电区以及恶劣的环境下长期稳定工作。
在铁路沿线崩塌落石监测技术方面，国内外已开展了部分的研究与应用，普遍存在以下问题：
（1）被动防治技术可以全面有效保护落石灾害威胁对象, 但限于被动防护系统的拦截能力, 通常用来拦截小型落石。被动防护系统的有效设置依赖于落石运动行为预测的可靠程度, 如运动路径、弹跳高度、运动速度、动能等参数的获取。目前，主动和被动防治技术都存在不足，一旦落石跳过或冲破被动防护网进入铁路界限内将对线路正常运营产生重大的危害；
（2）监测位置不全面、监测方案手段存在缺陷等，造成系统漏报和误报现象严重；
（3）预报模型与报警触发条件的确定比较困难；
（4）单独的对防护网进行监测报警或单独对崩塌落石进行报警监测，部分监测设备费用昂贵，无法大量应用。
针对上述问题，本发明提出了一种克服现有技术的不足并且符合经济高效需求的用于崩塌落石的铁路防灾立体监测报警系统（又称“虚拟棚洞”）。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种用于监测铁路沿线危岩落石的铁路防灾立体监测系统，包括：光纤光栅传感器个体或者由其构成的分布式阵列，以及光纤光栅解调仪；其中，所述光纤光栅解调仪与所述光纤光栅传感器或由其构成的阵列通过信号传输光纤相连接；所述光纤光栅传感器包括光纤光栅拉力传感器和光纤光栅振动传感器，所述光纤光栅拉力传感器预先安装在柔性被动防护网的设定位置，所述光纤光栅振动传感器设置在铁轨的预定位置。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统，所述光纤光栅拉力传感器通过监测防护网下支撑绳的拉力，实时地监测防护网落石以及破网等相关联的信号；所述光纤光栅振动传感器用于实时地监测与铁轨上落石相关联的信号；以及，通过信号传输光纤将所有信号返回给所述光纤光栅解调仪。其中，所述光纤光栅传感器中的光纤光栅可以是反射型的，也可以是透射型的。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统中的光纤光栅拉力传感器，用于监测：当柔性被动防护网落有落石时光纤光栅的波长相对于光纤光栅的特征波长的力值变化量，并将光纤光栅的波长变化量返回给所述光纤光栅解调仪。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统中的光纤光栅振动传感器，用于监测：当铁路界限内落有落石时光纤光栅的波长相对于光纤光栅的特征波长的振动量信号，并将光纤光栅的波长变化量返回给所述光纤光栅解调仪。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅传感器的波长信号实时传递给所述光纤光栅解调仪。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统，所述光纤光栅解调仪包括：激光发射装置，用于生成激光；以及输入输出端口，用于将激光输出到信号传输光纤中并从所述信号传输光纤接收返回的激光，其中，所述信号传输光纤与光纤光栅传感器相连接，激光经光纤光栅传感器反射后返回到所述光纤光栅解调仪，并且其中，激光在光纤光栅传感器内反射时，在受到外部作用的情况下，反射激光的波长发生变化，且所述变化与外部作用之间具有预定的相关性。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统，所述光纤光栅传感器可以设置在防护网下支撑绳上。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统，所述光纤光栅传感器可以设置在铁轨的下侧。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统，所述光纤光栅解调仪可以对从所述光纤光栅传感器返回的信号进行解调处理，并得出相应的波长信号。
根据本发明的另一实施例，提供了一种信号处理系统，所述信号处理系统包括：信号接收装置和与所述信号接收装置相连接的处理器单元，所述信号接收装置用于接收来自所述铁路防灾立体监测系统的信号；所述处理器单元，设置成通过分析来确定：
1）每个激光波长信号涉及哪个光纤光栅传感器；
2）所涉波长的变化以及对应的所代表的防护网的受冲击能量或铁轨上的振动量；
3）所述防护网是否受到落石冲击以及是否发生落石破网；
4）落石的大小以及是否侵入铁路限界内。
优选地，根据本发明实施例的信号处理系统，所述信号处理系统还包括存储装置，其中预先存储：光纤光栅传感器与特征波长之间的对应关系；波长变化和光纤光栅振动传感器所测的冲击能量及振动量之间的关系；冲击能量或振动量和发生危岩落石的危险之间的对应关系；波长变化和光纤光栅拉力传感器所测的支撑绳拉力之间的对应关系；支撑绳拉力和发生危岩落石以及破网的对应关系。
优选地，根据本发明实施例的信号处理系统，所述处理器单元可以还设置成用于：确定是否对应于一个或者几个光栅光纤传感器的波长信号消失；以及根据预定的逻辑规则，由此判断防护网受落石冲击能量的大小、防护网是否失效、落石是否进入铁路界限内、及落石砸在铁轨上的位置和/或哪条光纤光缆损毁。
根据本发明的又一个实施例，提供了一种用于铁路沿线危岩落石的铁路防灾立体监测报警系统，包括：上述铁路防灾立体监测系统；与所述铁路防灾立体监测系统相连接的上述信号处理系统；与所述信号处理系统相连接的报警系统，在所述信号处理系统确定防护网发生和/或达到危险程度及振动量发生和/或达到危险程度的情况下，以一种或多种方式发出报警信号和/或情报信息。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测报警系统，所述铁路防灾立体监测系统与所述信号处理系统通过有线或者无线方式远距离连接。
优选地，根据本发明实施例的铁路防灾立体监测报警系统，其包括一个或多个所述铁路防灾立体监测系统，并且所述一个或多个铁路防灾立体监测系统向一个或多个所述信号处理系统提供收集到的信息。
根据本发明实施例的铁路防灾立体监测系统、信号处理系统和监测报警系统能够接入其它路内系统和路外信息系统，来完善此系统的外部互通功能，也给准确、有效的报警带来保障，更为铁路安全运营保驾护航。
本发明的铁路防灾立体监测报警系统，能有效的判断防护网拦截落石情况（落石能量级）、落石破网情况，经所述监测报警反馈后判断出防护网当前落石是否需要清理以及达到何种程度时需要清理。同时配合对铁轨上振动信号的监测，可得出落石是否侵入铁路界限，进一步确定落石的情况，从而形成对崩塌落石的立体监测。而且由于光纤的传输延时几乎能够被忽略，如果（一组）落石穿透了防护网，那么该（组）落石碰撞在防护网和铁轨上而产生的信号将在时间上具有一定间隔，并且信号的波形将会有明显的相似性，因此通过例如实时地比对同一位置处防护网和铁轨上的信号，能够准确地判断落石的发生及其规模，高效地避免漏报和误报。且采用当前先进的光纤光栅传感器以及与之相配合的传输光纤，可以实现结构简单、适应性强、稳定性好的铁路防灾立体监测系统，尤其是在铁路无人区、无电区以及恶劣的环境下均可长期稳定工作，从而能够为路线维护工作以及及时发现可能的险情提供准确和详实的数据，提供了一套完善可行的崩塌落石立体监测报警系统。
附图说明
图1 是根据本发明实施例的铁路防灾立体监测报警系统的总体架构图；
图2A和2B是根据本发明实施例的光纤光栅传感器的安装图；
图3是根据本发明实施例的信号处理系统中的处理器单元执行的处理的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、结构和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的优选实施例进一步地进行详细描述。
图1是根据本发明实施例的铁路防灾立体监测报警系统的总体架构图。图1所示的铁路防灾立体监测报警系统分别由防护网的“空”中监测及铁轨“陆”地监测相结合，形成对崩塌落石的立体监测报警。
为达到上述目的，根据本发明的铁路防灾立体监测报警系统至少应由三部分构成：铁路防灾立体监测系统（如图1所示）、信号处理系统、以及报警系统。另外，由于设施对于设备可靠性要求较高，系统须具备自我诊断功能，当设备信号采集通路受损的时候，设备能给出相应的报警信号通知工作人员维护。
其中，所示铁路防灾立体监测系统的主要工作是采集现场危险源信息并且转化成数据，以及通过信号传输网络等传输手段发送给信号处理系统；信号处理系统的主要工作是按照相应算法分析从铁路防灾立体监测系统传送来的数据，以及结合防护网监测及铁轨监测进行综合判断落石的情况，并发出相应等级的报警信号到报警系统；报警系统主要任务是接收信号处理系统发送的报警信号后能够发出光、声、电等报警手段来告知各级工作人员相应的报警信息。下面分别描述各个系统。
铁路防灾立体监测系统
根据本发明的一实施例，铁路防灾立体监测系统包括：光纤光栅传感器个体或者由其构成的分布式阵列；和光纤光栅解调仪。其中，所述光纤光栅解调仪与所述光纤光栅传感器或由其构成的阵列通过信号传输光纤相连接。所述的光纤光栅传感器分为两种，一种是设置在柔性被动防护网的下支撑绳上的光纤光栅拉力传感器，一种是设置在预定的铁轨下方的光纤光栅振动传感器，用于实时地监测与铁路界限内落有落石时相关联的信号，并将该信号返回给所述光纤光栅解调仪。
光纤光栅拉力传感器安装于防护网上，防护网系统是将以菱形钢丝绳网或环形网为主的柔性栅栏设置于斜坡上一定位置，用于拦截斜坡上的滚落石（或落物）以避免其破坏拟保护的对象，一般由菱形钢丝绳网或环行网（需拦截小块落石时附加一层钢丝格栅）、固定系统（锚杆、拉锚绳、基座和支撑绳）、减压环和钢柱四个主要部分构成。支撑绳是用以实现金属柔性网按设计形式铺挂、对金属柔性网起支撑加固作用的钢丝绳。冲击荷载必然要从柔性网传递给支撑绳，因此支撑绳在设计上必须确保其具有与网内冲击点位置无关的恒定响应特征，在特定位置设置减压环和/或缓冲绳的支撑绳设计形式，除能实现这一功能外，还实现了能量消散、绳网下垂和维护需求间的最佳平衡。根据本发明，通过监测柔性防护网下支撑绳拉力的变化，能够达到监测有无落石冲击防护网的目的。如图2A所示，其中2-1为下支撑绳，2-2为光纤光栅位移传感器，2-3为防护网，柔性被动防护网系统在受到落石冲击时，整个系统受力情况发生变化，下支撑绳除了安装时的预拉力外，还受到落石冲击分散到支撑绳上的拉力，因此可以将光纤光栅拉力传感器安装在所述柔性被动防护网的下支撑绳上，如图2A所示，用于监测下支撑绳的拉力变化，进而达到监测防护网系统的变形的趋势以及是否达到危险程度。由此，构建防护网监测系统，可以实现远程实时地监测防护网的受力状态进而提供预警以及报警服务。
光纤光栅振动传感器以抱装形式安装于铁轨下侧，用不锈钢螺钉加以固定。光纤光栅振动传感器可以通过传感器单轨间距25米布设方式，采用双传感器同时报警策略来实现监测功能。具体地，如图2B中所示，光纤光栅振动传感器可以与轨道平行或垂直的方式安装在轨道的下侧。然而，光纤光栅振动传感器也可以根据需要以其他方式安装在轨道的预定位置。作为一个示例，光纤光栅振动传感器用于监测当铁路界限内落有落石时，光纤光栅的波长相对于光纤光栅的特征波长的振动量信号，并将其返回给所述光纤光栅解调仪。
光纤光栅传感器是目前应用最为广泛的光纤传感器之一，可测量应变、温度、压力、位移、流量、液位等参数。其传感原理一般基于被测参数变化引起光栅周期和有效折射率的变化，从而导致光栅特征波长（反射波长）的变化，通过测量特征波长的移动量来测量上述参数。根据本发明，所述光纤光栅传感器的工作原理是：
每个光纤光栅传感器从激光源（比如光纤光栅解调仪）接收激光，并反射回特定波长的激光。对于光纤光栅拉力或振动传感器，在拉力和振动的影响下，由其反射回的激光波长会发生偏移。对于每个光纤光栅传感器，其反射的特征波长λ在1510-1590nm之间。波长偏移的量△λ与拉力（或振动量）F之间存在既定的关系，该关系式可以表示为：
△λi=k*Fi （1）
其中k为预定的系数，为一个经验值或试验测定值。
这样，通过光纤光栅反射光的中心波长相对变化量来检测拉力或振动的相对变量。光纤光栅传感器具有准分布式组网(几十到几百点)、测量分辨率高(0.01%FS)、测量范围 (0KN～300KN)、工作温度范围宽、不受电磁干扰、耐腐蚀、抗冲击振动、抗疲劳、使用寿命长等优点。
其中，所述传感器分布式阵列可以包括多个光纤光栅传感器，然而，所述传感器分布式阵列也可以仅仅包括一个光纤光栅传感器。所述的传感器分布式阵列可以是串联连接，或者并联连接，也可以是并联和串联相结合的方式，从而构成一定的拓扑网络。例如，每个被检测对象上可以设置一个传感器，多个被测对象上的传感器经过一定的方式连接。具体地，所述光纤光栅传感器阵列可以连接在多个分支光路中，每个分支光路通过光缆接续盒与主光缆连接，由主光缆将各个分路光缆连接到光纤光栅解调仪器上。其中，由所述光纤光栅解调仪向光纤光栅传感器通过光纤光缆发送激光信号。一般地，光纤光栅解调仪发送预定的一束激光，该束激光可以包括多个预定波长的激光，也可以是具有一定光谱宽度的激光。按照预定设置，正常状态下每个的光纤光栅传感器反射特定波长的激光；
而在防护网或铁轨受到落石冲击的情况下，光纤光栅传感器的反射波长产生变化（在极端情况下也可能导致光纤光栅传感器失效），因此将导致被反射的激光波长发生偏移或者消失。所述光纤光栅解调仪通过比较反射回到该光纤光栅解调仪的激光的波长变化来监测各个光纤光栅传感器的外部环境对其所产生的影响。
通过本发明的铁路防灾立体监测系统，可以收集得到关于某位置或者某局部区域例如某乘务段发生的信息。其中，如果光纤光栅拉力传感器波长瞬间增大后又在某一时间段内变为负值，说明该片防护网受到落石冲击后，防护网破网；如果反射激光的波长达到某个预定值，说明该片防护网下支撑绳所受拉力已经达到或者超过了预先设定值，该片防护网有大量堆积的落石，需要清理；如果得到某光纤光栅振动传感器反射的激光的波长发生偏移且在某一瞬间迅速变大，这意味着该传感器所在地方受到了落石冲击；如果波长偏移速度较快，说明危险异物（例如落石）冲击能量较大；而如果应该由该传感器反射的激光消失，则说明很可能是损毁了该位置的传感器。此时可以利用信号处理系统来分析上述危险源信号捕捉系统所收集的信号，从而得出一定的结论。
而且由于光纤的传输延时几乎能够被忽略，如果（一组）落石穿透了防护网，那么该（组）落石碰撞在防护网和铁轨上而产生的信号将在时间上具有一定间隔，并且信号的波形将会有明显的相似性，因此通过例如实时地比对同一位置处防护网和铁轨上的信号，能够准确地判断落石的发生及其规模，高效地避免漏报和误报。
信号处理系统
根据本发明的原理，需要设置信号处理系统来分析从上述铁路防灾立体监测系统收集得到的信号。优选地是，一个信号处理系统可以分析来自众多个铁路防灾立体监测系统的信号。其中，信号处理系统可以通过有线方式比如光缆与铁路防灾立体监测系统连接。可替换地，也可以通过无线方式与铁路防灾立体监测系统连接，以发送和传递信息，例如借助于卫星网络来实现信息的传递。
其中，所述信号处理系统可以具体地实现为计算机服务器，其包括或者连接相应的数据库。根据本发明，所述信号处理系统，包括处理器，作为数据处理和逻辑判断单元，用于对光纤光栅解调仪发送的与传感器波长变化有关的信号进行分析和判断。服务器中预先存储传感器或传感器阵列中心波长数据，中心波长变化量与拉力之间的对应关系、中心波长变化量与振动量的对应关系等。
当柔性被动防护网受到冲击载荷，支撑绳受拉力增大，信号处理系统接受到中心波长变化值。首先，判断所述波长是属于哪个光纤光栅拉力传感器的信号，鉴于光纤光栅拉力传感器波长偏移的量与每个所述传感器的特征波长相比较而言为很小的值，一般仅为一个或少数几个纳米的量，且变化后的波长一般与相邻波段的传感器特征波长也能够很好的区分。这样，确定了特征波长信号后就可以确定是对应哪个光纤光栅传感器的信号。并且，在确定传感器后就又可以确定对应于防护网下支撑绳的安装位置。其次，确定传感器的波长偏移所对应的下支撑绳受到的拉力值。根据前文所述，传感器所感测到的拉力与传感器的波长偏移相对应，反过来也就可以通过监测波长偏移的量来确定传感器安装位置处是否发生相当的待测受力。再次，判断下支撑绳受拉力值对应该片防护网发生的落石情况以及严重程度。如传感器的波长偏移迅速增大到传感器满量程后又减小，并且减小到比发生偏移前的数值还小的情况，那么表明柔性被动防护网已经破网。同时，信号处理系统亦接受安装在铁轨上光纤光栅振动传感器的波长信号，通过分析来确定每个波长信号涉及哪个光纤光栅振动传感器、所涉的波长的变化以及对应的所代表的振动量、所述振动量是否达到危险程度（如图3所示）。另外，处理器单元可以还设置成用于确定：相对于时间，所述振动量增加的速度是否大于预定的阈值。
其中，还需要判断应该出现的波长信号却消失的情况：如果传输给服务器的传感器信号中不包括或者中断对应某个光纤光栅传感器的信号，则意味着发生了某种严重情况，比如该传感器被毁。这需要马上进行安全处理。如果是由一条分光缆连接的所有传感器的信号消失，则很可能是该条光缆被损毁。根据危险度级别的判断标准，服务器可将其归纳为“突发严重灾害情形”或“光缆损毁”等。判断的逻辑规则，可以由操作人员来具体设定，或进行修改。
报警系统
报警系统，在经过分析得到灾害发生或者危害程度的信息后，将此信息以某种媒介的形式发送给有关的人员，比如区域负责铁路安全的人员、维修人员，和上级决策者。
其中，报警分为三个级别，分别为：
一级：防护网监测报警，防护网受到冲击；
二级：防护网无报警，但落石砸到铁轨上进入铁道限界内；
三级：防护网报警，同时落石砸到铁轨上进入铁道限界内。
其中，防护网监测报警又分为预警和报警两种方式。其中，A级（受到冲击）和B级（严重冲击）属于预警模式，C级（破坏）属于报警模式。可以根据各种传感器的峰值信号的特征，冲击持续时间及多点受冲击情况进行综合分析，确定不同能级的阈值。
其中，由负责安全监控的人员，根据报警系统反馈的情况，可以通过有线或者无线的方式，比如短信报警、声光报警、软件界面报警等，向有关人员进行示警或通告。
其中，在本发明中，使用了开放性好、可以扩展的通讯协议，便于三个系统之间的数据传输，并且有利于建立统一的防灾体系。
这样，包括上述各个组成部分的铁路防灾立体监测报警系统相对于现有的方式具有准确、安全、即时和低成本等突出的优点。该系统也可以与其他和铁路轨道有关的监测系统相兼容或并行，以实现综合性的功能。本发明普遍适用于崩塌落石的监测情况。
本发明的功能特征不限于前面给出的那些例子，这样可以设想本发明精神内的任意种类的功能。尽管已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了说明，但并非为了将本发明限制为这里所阐述的具体例子。相反，本发明的范围仅受限于所述权利要求。
Claims (18)
1. 一种铁路防灾立体监测系统，包括：
光纤光栅传感器个体或者由其构成的分布式阵列，以及光纤光栅解调仪；
其中，所述光纤光栅解调仪与所述光纤光栅传感器或由其构成的阵列通过信号传输光纤相连接；所述光纤光栅传感器包括光纤光栅拉力传感器和光纤光栅振动传感器，所述光纤光栅拉力传感器预先安装在柔性被动防护网的设定位置，所述光纤光栅振动传感器设置在铁轨的预定位置。
2. 根据权利要求1所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅拉力传感器通过监测防护网下支撑绳的拉力，实时地监测防护网落石以及破网等相关联的信号。
3. 根据权利要求2所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅拉力传感器用于监测：当柔性被动防护网落有落石时光纤光栅的波长相对于光纤光栅的特征波长的力值变化量，并将光纤光栅的波长变化量返回给所述光纤光栅解调仪。
4. 根据权利要求1所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅振动传感器用于实时地监测与铁轨上落石相关联的信号。
5. 根据权利要求4所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅振动传感器用于监测：当铁路界限内落有落石时光纤光栅的波长相对于光纤光栅的特征波长的振动量信号，并光纤光栅的波长变化量其返回给所述光纤光栅解调仪。
6. 根据权利要求1所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅传感器中的光纤光栅为反射型或透射型。
7. 根据权利要求1所述的铁路防灾立体监测系统，其中，通过信号传输光纤将所有信号返回给所述光纤光栅解调仪。
8. 根据权利要求1所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅传感器的波长信号实时传递给所述光纤光栅解调仪。
9. 根据权利要求1所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅解调仪包括：激光发射装置，用于生成激光；以及输入输出端口，用于将激光输出到信号传输光纤中并从所述信号传输光纤接收返回的激光；所述信号传输光纤与光纤光栅传感器相连接，激光经光纤光栅传感器反射后返回到所述光纤光栅解调仪，并且其中，激光在光纤光栅传感器内反射时，在受到外部作用的情况下，反射激光的波长发生变化，且所述变化与外部作用之间具有预定的相关性。
10. 根据权利要求9所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅解调仪对从所述光纤光栅传感器返回的信号进行解调处理，并得出相应的波长信号。
11. 根据权利要求1-10之一所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅传感器设置在防护网下支撑绳上。
12. 根据权利要求1-10之一所述的铁路防灾立体监测系统，其中，所述光纤光栅传感器设置在铁轨的下侧。
13. 一种信号处理系统，所述信号处理系统包括：
信号接收装置和与所述信号接收装置相连接的处理器单元；
所述信号接收装置用于接收来自根据权利要求1-12之一所述的铁路防灾立体监测系统的信号；所述处理器单元，设置成通过分析来确定：
1）每个激光波长信号涉及哪个光纤光栅传感器；
2）所涉波长的变化以及对应的所代表的防护网的受冲击能量或铁轨上的振动量；
3）所述防护网是否受到落石冲击以及是否发生落石破网；
4）落石的大小以及是否侵入铁路限界内。
14. 根据权利要求13所述的信号处理系统，其中，所述信号处理系统还包括存储装置，其中预先存储：光纤光栅传感器与特征波长之间的对应关系；波长变化和光纤光栅振动传感器所测的冲击能量及振动量之间的关系；冲击能量或振动量和发生危岩落石的危险之间的对应关系；波长变化和光纤光栅拉力传感器所测的支撑绳拉力之间的对应关系；支撑绳拉力和发生危岩落石以及破网的对应关系。
15. 根据权利要求13所述的信号处理系统，其中，所述处理器单元还设置成用于：确定是否对应于一个或者几个光栅光纤传感器的波长信号消失；以及根据预定的逻辑规则，由此判断防护网受落石冲击能量的大小、防护网是否失效、落石是否进入铁路界限内、及落石砸在铁轨上的位置和/或哪条光纤光缆损毁。
16. 一种铁路防灾立体监测报警系统，包括：
根据权利要求1-12之一所述的铁路防灾立体监测系统；
与所述铁路防灾立体监测系统相连接的根据权利要求13-15之一所述的信号处理系统；以及
与所述信号处理系统相连接的报警系统，在所述信号处理系统确定防护网发生和/或达到危险程度及振动量发生和/或达到危险程度的情况下，以一种或多种方式发出报警信号和/或情报信息。
17. 根据权利要求16所述的铁路防灾立体监测报警系统，其中，所述铁路防灾立体监测系统与所述信号处理系统通过有线或者无线方式远距离连接。
18. 根据权利要求16所述的立体监测报警系统，其中，所述铁路防灾立体监测报警系统包括一个或多个所述铁路防灾立体监测系统，并且所述一个或多个铁路防灾立体监测系统向一个或多个所述信号处理系统提供收集到的信息。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310324219.2A CN104340239B (zh) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | 铁路防灾立体监测报警系统 |
| PCT/CN2014/083195 WO2015014264A1 (zh) | 2013-07-30 | 2014-07-29 | 铁路防灾立体监测系统、信号处理系统及监测报警系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310324219.2A CN104340239B (zh) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | 铁路防灾立体监测报警系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104340239A true CN104340239A (zh) | 2015-02-11 |
| CN104340239B CN104340239B (zh) | 2017-01-18 |
Family
ID=52430999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310324219.2A Active CN104340239B (zh) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | 铁路防灾立体监测报警系统 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104340239B (zh) |
| WO (1) | WO2015014264A1 (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106919122A (zh) * | 2015-12-25 | 2017-07-04 | 江苏海盟金网信息技术有限公司 | 一种异物入侵安全防控及报警系统 |
| CN108474674A (zh) * | 2015-11-30 | 2018-08-31 | 光学感应器控股有限公司 | 使用分布式光纤传感进行追踪 |
| CN108734907A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-11-02 | 中山光蓝信息技术有限公司 | 一种基于光纤传感的铁路沿线防护报警系统及报警方法 |
| CN110126885A (zh) * | 2018-02-02 | 2019-08-16 | 保定市天河电子技术有限公司 | 一种铁路周界入侵目标监测方法及系统 |
| CN114475694A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-05-13 | 上海应用技术大学 | 一种基于网状传感器的铁路异物侵限检测与报警装置 |
| TWI767824B (zh) * | 2021-08-23 | 2022-06-11 | 勤力合實業股份有限公司 | 軌道運輸邊坡安全裝置 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104724140A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-06-24 | 华东交通大学 | 轨道电路行车安全监测系统 |
| CN107288687A (zh) * | 2017-08-09 | 2017-10-24 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 断裂带隧道施工地表变形监测系统 |
| CN113056407B (zh) | 2018-11-26 | 2023-07-07 | 普拉塞-陶依尔铁路出口股份有限公司 | 用于监测轨道区段的测量系统 |
| CN111289992A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-16 | 上海应用技术大学 | 一种用于预防危岩体地质灾害的位移监测装置 |
| CN113306601A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-27 | 湖北铁安检测技术有限公司 | 一种铁路轨道变形自动监测系统及其用途 |
| CN115195820A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-10-18 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 一种列车安全防护装置及列车 |
| CN115830809B (zh) * | 2022-11-28 | 2024-05-03 | 河南辉煌科技股份有限公司 | 泥石流报警智能电网传感器及监测方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101249835A (zh) * | 2008-03-28 | 2008-08-27 | 江苏今创安达交通信息技术有限公司 | 高速铁路异物侵入监测系统 |
| JP2008247058A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Railway Technical Res Inst | 線路異常監視方法及び装置 |
| JP2009216396A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Mitomi Giken:Kk | 空気圧計測方法及びその計測装置 |
| CN201800737U (zh) * | 2010-09-21 | 2011-04-20 | 中国铁道科学研究院电子计算技术研究所 | 铁路防灾安全监控系统 |
| CN103171594A (zh) * | 2011-12-23 | 2013-06-26 | 同方威视技术股份有限公司 | 铁路异物侵线监测 |
| CN203070489U (zh) * | 2012-11-19 | 2013-07-17 | 同方威视技术股份有限公司 | 铁路沿线危岩落石监控报警系统 |
| CN203558089U (zh) * | 2013-07-30 | 2014-04-23 | 同方威视技术股份有限公司 | 铁路防灾立体监测系统和铁路防灾立体监测报警系统 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7027136B2 (en) * | 2002-11-12 | 2006-04-11 | Fibera, Inc. | Structure analysis and defect detection system |
| US20060202860A1 (en) * | 2005-03-10 | 2006-09-14 | Fibera, Inc. | Fiber optic track circuit |
| CN103465934B (zh) * | 2009-11-30 | 2015-09-02 | 同方威视技术股份有限公司 | 铁路落石预警方法 |
| CN102354433B (zh) * | 2011-10-14 | 2013-06-19 | 武汉理工光科股份有限公司 | 基于光纤光栅传感技术的铁路边坡危岩落石监测报警系统 |
| CN202743278U (zh) * | 2011-12-23 | 2013-02-20 | 同方威视技术股份有限公司 | 防护网信息采集、分析和监测系统 |
| CN103150859A (zh) * | 2013-02-01 | 2013-06-12 | 北京佳讯飞鸿电气股份有限公司 | 基于光纤光栅的异物侵限监测系统 |
-
2013
- 2013-07-30 CN CN201310324219.2A patent/CN104340239B/zh active Active
-
2014
- 2014-07-29 WO PCT/CN2014/083195 patent/WO2015014264A1/zh active Application Filing
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008247058A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Railway Technical Res Inst | 線路異常監視方法及び装置 |
| JP2009216396A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Mitomi Giken:Kk | 空気圧計測方法及びその計測装置 |
| CN101249835A (zh) * | 2008-03-28 | 2008-08-27 | 江苏今创安达交通信息技术有限公司 | 高速铁路异物侵入监测系统 |
| CN201800737U (zh) * | 2010-09-21 | 2011-04-20 | 中国铁道科学研究院电子计算技术研究所 | 铁路防灾安全监控系统 |
| CN103171594A (zh) * | 2011-12-23 | 2013-06-26 | 同方威视技术股份有限公司 | 铁路异物侵线监测 |
| CN203070489U (zh) * | 2012-11-19 | 2013-07-17 | 同方威视技术股份有限公司 | 铁路沿线危岩落石监控报警系统 |
| CN203558089U (zh) * | 2013-07-30 | 2014-04-23 | 同方威视技术股份有限公司 | 铁路防灾立体监测系统和铁路防灾立体监测报警系统 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108474674A (zh) * | 2015-11-30 | 2018-08-31 | 光学感应器控股有限公司 | 使用分布式光纤传感进行追踪 |
| CN108474674B (zh) * | 2015-11-30 | 2021-04-13 | 光学感应器控股有限公司 | 使用分布式光纤传感进行追踪 |
| CN106919122A (zh) * | 2015-12-25 | 2017-07-04 | 江苏海盟金网信息技术有限公司 | 一种异物入侵安全防控及报警系统 |
| CN110126885A (zh) * | 2018-02-02 | 2019-08-16 | 保定市天河电子技术有限公司 | 一种铁路周界入侵目标监测方法及系统 |
| CN108734907A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-11-02 | 中山光蓝信息技术有限公司 | 一种基于光纤传感的铁路沿线防护报警系统及报警方法 |
| TWI767824B (zh) * | 2021-08-23 | 2022-06-11 | 勤力合實業股份有限公司 | 軌道運輸邊坡安全裝置 |
| CN114475694A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-05-13 | 上海应用技术大学 | 一种基于网状传感器的铁路异物侵限检测与报警装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015014264A1 (zh) | 2015-02-05 |
| CN104340239B (zh) | 2017-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104340239A (zh) | 铁路防灾立体监测报警系统 | |
| CN103985225A (zh) | 柔性被动防护网智能监测系统 | |
| CN102354433B (zh) | 基于光纤光栅传感技术的铁路边坡危岩落石监测报警系统 | |
| CN103824422B (zh) | 铁路沿线危岩落石监控报警系统 | |
| CN103900486A (zh) | 防护网监测系统 | |
| CN111063174B (zh) | 一种基于分布式光纤传感的管道线路安全预警系统 | |
| CN202257858U (zh) | 基于光纤光栅传感技术的铁路边坡危岩落石监测报警系统 | |
| CN203260156U (zh) | 危险源捕捉系统以及柔性被动防护网智能监测系统 | |
| CN104374466B (zh) | 路基塌陷光纤振动实时监测及报警系统 | |
| CN203838856U (zh) | 一种铁路路基设备监控预警系统 | |
| CN103175475B (zh) | 护坡监测系统 | |
| CN103996269A (zh) | 无线数据采集控制系统 | |
| CN103471517A (zh) | 一种边坡安全自动监测预警方法及装置 | |
| CN103177531B (zh) | 铁路沿线泥石流灾害监测 | |
| CN203558089U (zh) | 铁路防灾立体监测系统和铁路防灾立体监测报警系统 | |
| CN104332025B (zh) | 一种被防护面精确监控报警系统 | |
| CN203255212U (zh) | 危险源信号捕捉系统和防护网监测系统 | |
| CN202947686U (zh) | 护坡信息采集系统 | |
| JP2024514865A (ja) | 電柱の危険事象の位置特定 | |
| CN103171594A (zh) | 铁路异物侵线监测 | |
| CN203070489U (zh) | 铁路沿线危岩落石监控报警系统 | |
| JP2001134851A (ja) | 光ファイバケーブルを利用した侵入監視センサ | |
| CN103913125B (zh) | 防护网监测系统 | |
| CN103150859A (zh) | 基于光纤光栅的异物侵限监测系统 | |
| CN103112479A (zh) | 面向铁路防灾的并行异物侵限监测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |