CN105584501A - 铁路路基实时监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁路路基实时监控系统，为解决现有人工检测效率低问题，系统硬件由五大部分采集站(AS)、采集站连接电缆(CL)、交叉站(XS)、光缆(FL)、中央控制采集中心(CCAC)组成；采集站(AS)按一定间距布设在铁路路基上，并用采集站(AS)连接电缆(CL)连接成串；在一定间隔插入交叉站(XS)，交叉站(XS)之间用光缆(FL)连接，形成数据传送主通道；交叉站(XS)与中央控制采集中心(CCAC)之间用光缆(FL)连接；采集站(AS)接收到的数据通过交叉站(XS)发送到中央控制采集中心(CCAC)，中央控制采集中心(CCAC)对这些数据进行分析处理和监控。具有能把铁路列车运行时的震动作为绿色震动源，代替铁路工人敲击钢轨，实时进行钢轨和铁路路基无损检测，不但能够节省大量人力，而且检测线路长，检测效率高，且是无损检测的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种路基监控设备，特别是涉及一种铁路路基实时监控系统。
技术背景
在以往主动源地震方法的研究中，通常把铁路列车，公路机动车行驶等这类交通引起的振动视为一种有害的噪声源或者振动源，比如在铁路附近甚至将近10公里远的地震台站仍然会受到列车振动的影响。靠近城市或者公路的地震采集施工一般也需要避开交通噪声对数据采集的影响。随着近年来城市轨道交通的快速发展，列车产生的振动可能会产生的地表、地质破坏乃至对建筑物造成的损害是大多数人更加关心的问题。但是，如果我们从勘探地震学的角度来考虑，可以发现铁路、地铁或者城铁的振动具有能量强、频带宽、重复性高等特点，汽车行驶引起的振动也具有很好的能量强度和很广的分布范围，我们能否对这些振动信号加以利用，将其视为一种绿色震源呢？
目前铁路路基和钢轨的检测基本采用人工敲击和巡查方法，已经无法满足我国铁路系统、特别是高铁快速发展的需要，急需发展一种铁路路基和钢轨的快速无损检测技术和方法。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种铁路路基实时监控系统。是把铁路列车运行时的震动作为绿色震动源(代替铁路工人敲击钢轨)，然后进行钢轨和铁路路基无损检测的一种技术。
为实现上述目的，本发明铁路路基实时监控系统的硬件由五大部分：采集站AS(AcquisitionStation)、采集站连接电缆CL(CableLine)、交叉站XS(CrossStation)、光缆FL(FiberLine)、中央控制采集中心CCAC(CentralControlAcquisitionCenter)等组成；采集站AS按一定间距布设在铁路路基上，并用采集站AS连接电缆CL连接成串；在一定间隔插入交叉站XS，交叉站XS之间用光缆FL连接，形成数据传送主通道；交叉站XS与中央控制采集中心CCAC之间用光缆FL连接；采集站AS接收到的数据通过交叉站XS发送到中央控制采集中心CCAC，中央控制采集中心CCAC对这些数据进行分析处理和监控。在一定间隔插入交叉站XS是所述电缆每间隔一定距离串联接入一个交叉站。其属于铁路路基无损自动检测范畴，涉及震动方法无损检测技术，包括振动数据采集，处理及分析解释工作。本系统可以用于铁路路基检测、桥梁、隧道等特殊工程检测等领域。本发明正是把铁路列车运行时的震动作为绿色震动源(代替铁路工人敲击钢轨)，然后进行钢轨和铁路路基无损检测的技术。
作为优化，所述中央控制采集中心CCAC对这些数据进行分析处理就可以实时检测铁路路基或者包括桥梁、隧道等所有形式的铁路路基的震动响应，从而监控铁路路基随着时间的渐变和突变，以及自然灾害引起的铁路路基变化，而突变意味着部分路基出现了问题，需要进一步检查和维护。即采集站AS接收到的数据通过交叉站XS发送到中央控制采集中心CCAC，对这些数据进行分析处理就可以实时检测铁路路基(包括桥梁、隧道等所有形式的铁路路基)的震动响应，从而监控铁路路基随着时间的渐变和突变，以及自然灾害引起的铁路路基变化，而突变意味着部分路基出现了问题，需要进一步检查和维护。
作为优化，所述采集站AS由控制模块CM(ControlModuleinAcquisitionStation)、电源模块PM(PowerModuleinAcquisitionStation)和震动传感器Sensor等组成；电源模块PM把所供的电源转换成采集站AS所需的各种电压；控制模块CM具有2个专用通信接口分别连接上一级和下一级采集站AS，控制模块CM电联电源模块PM和震动传感器Sensor。
作为优化，所述震动传感器Sensor采用抗冲击的大动态范围的震动传感器，使得能够足以抵抗列车通过时的冲击，并保持小信号的灵敏度；各采集站AS的控制模块CM之间通过电缆CL连接成串。
作为优化，所述交叉站XS由高速数据交换模块SMXS(SwitchModuleinCrossStation)、控制模块CM(ControlModuleinCrossStation)、电源模块PM(PowerModuleinCrossStation)和GPS模块等组成；数据交换模块SMXS为千兆交换机模块，千兆接口分别连接上一级交叉站XS和下一级交叉站XS，控制模块CM具有2个专用通信接口分别连接采集站AS，所述GPS模块用于给整个铁路路基实时监控系统进行数据采集时完成授时和同步。即本发明装置铁路路基实时监控系统中的交叉站XS安装的GPS模块用于给整个铁路路基实时监控系统进行数据采集时完成授时和同步。
作为优化，电源模块PM和GPS模块连接控制模块CM。
作为优化，所述中央控制采集中心CCAC由服务器Server、显示屏Display、用户计算机PC、绘图仪PE(PlottingEquipment)、交换机Switch、存储器SD(StorageDevice)、应用软件Software等组成；服务器Server作为控制计算机，通过在服务器Server上运行的应用软件Software控制整个系统的运行，显示屏Display作为显示界面显示整个系统的运行状况和显示分析处理结果，用户计算机PC作为人机交互界面，交换机Switch连接服务器Server、显示屏Display和用户计算机PC及绘图仪PE。
作为优化，所述服务器Server通过光缆FL与交叉站XS连接。即控制中心CCAC的服务器Server通过光缆FL与交叉站XS连接。
作为优化，所述服务器Server连接存储器SD。
作为优化，所述中央控制采集中心CCAC中的应用软件Software包括人机交互模块、数据采集模块、数据存储模块、数据显示模块、数据处理分析模块、数据压缩模块、报警模块等。
采用上述技术方案后，本发明铁路路基实时监控系统具有能把铁路列车运行时的震动作为绿色震动源，代替铁路工人敲击钢轨，实时进行钢轨和铁路路基无损检测，不但能够节省大量人力，而且检测线路长，检测效率高，且是无损检测的优点。
附图说明
图1是本发明铁路路基实时监控系统的示意图；
图2是本发明铁路路基实时监控系统中的采集站AS原理框图；
图3是本发明铁路路基实时监控系统中的交叉站XS原理框图；
图4是本发明铁路路基实时监控系统中的中央控制采集中心CCAC原理框图。
具体实施方式
本发明正是把铁路列车运行时的震动作为绿色震动源(代替铁路工人敲击钢轨)，然后进行钢轨和铁路路基无损检测的一种技术。
本发明铁路路基实时监控系统是利用列车运行时的震动实时检测铁路路基(包括桥梁、隧道等所有形式的铁路路基)的震动响应，从而监控铁路路基随着时间的渐变和突变，以及自然灾害引起的路基变化，而突变意味着部分路基出现了问题，需要进一步检查和维护。
如图1所示，本发明铁路路基实时监控系统的硬件由五大部分组成：采集站AS、采集站连接电缆CL、交叉站XS、光缆FL、中央控制采集中心CCAC等组成。采集站按一定间距布设在铁路路基上，并用采集站连接电缆CL连接成串；在一定间隔插入交叉站XS，交叉站XS之间用光缆FL连接，形成数据传送主通道；交叉站XS与中央控制采集中心CCAC之间用光缆FL连接。采集站AS接收到的数据通过交叉站XS发送到中央控制采集中心CCAC，对这些数据进行分析处理就可以实时检测铁路路基(包括桥梁、隧道等所有形式的铁路路基)的震动响应，从而监控铁路路基随着时间的渐变和突变，以及自然灾害引起的铁路路基变化，而突变意味着部分路基出现了问题，需要进一步检查和维护。图中列车标号为Train，路基标号为Subgrade
如图2所示，本发明铁路路基实时监控系统中的采集站AS由控制模块CMAS、电源模块PMAS和震动传感器Sensor等组成。控制模块CMAS具有2个专用通信接口分别连接上一级和下一级采集站AS。电源模块PM把所供的电源转换成采集站AS所需的各种电压。采集站之间采用采集站连接电缆CL连接成串。
本发明铁路路基实时监控系统中的采集站AS中的震动传感器Sensor需要采用抗冲击的大动态范围的震动传感器，使得能够足以抵抗列车通过时的冲击，并保持小信号的灵敏度。
如图3所示，本发明铁路路基实时监控系统中的交叉站XS由高速交换模块SM、控制模块CMXS、电源模块PMXS和GPS模块等组成。数据交换模块SMXS为千兆交换机模块，千兆接口分别连接上一级交叉站XS和下一级交叉站XS，控制模块CMXS具有2个专用通信接口分别连接采集站AS。
本发明铁路路基实时监控系统中的交叉站XS安装的GPS模块用于给整个铁路路基实时监控系统进行数据采集时完成授时和同步。
如图4所示，本发明铁路路基实时监控系统中的中央控制采集中心CCAC由服务器Server、显示屏Display、用户计算机PC、绘图仪PE、交换机Switch、存储器SD、应用软件Software等组成。服务器Server作为控制计算机，通过在服务器S上运行的应用软件Software控制整个系统的运行，显示屏Display作为显示界面显示整个系统的运行状况和显示分析处理结果，用户计算机PC作为人机交互界面，交换机Switch连接服务器S、显示屏Display、用户计算机PC。控制中心CCAC通过光缆FL与交叉站XS连接。
本发明铁路路基实时监控系统中的中央控制采集中心CCAC中的应用软件Software包括人机交互模块、数据采集模块、数据存储模块、数据显示模块、数据处理分析模块、数据压缩模块、报警模块等。
现举实例如下：
从北京至上海的高铁约为1000Km，假定采集站的间距为20m，则需要在京沪高铁布设50000个采集站；以每5000个采集站插入一个交叉站，则需要在京沪高铁布设10个交叉站。这样，我们就形成了京沪高铁铁路路基实时监控系统，其主要技术指标如下：
高铁长度：1000Km；
采集站的间距：20m；
采集站数量：50000只；
交叉站数量：10台；
中央控制采集中心：2套(北京、上海各一套)。
Claims (10)
1.一种铁路路基实时监控系统，其特征在于系统硬件由五大部分采集站(AS)、采集站连接电缆(CL)、交叉站(XS)、光缆(FL)、中央控制采集中心(CCAC)组成；采集站(AS)按一定间距布设在铁路路基上，并用采集站(AS)连接电缆(CL)连接成串；在一定间隔插入交叉站(XS)，交叉站(XS)之间用光缆(FL)连接，形成数据传送主通道；交叉站(XS)与中央控制采集中心(CCAC)之间用光缆(FL)连接；采集站(AS)接收到的数据通过交叉站(XS)发送到中央控制采集中心(CCAC)，中央控制采集中心(CCAC)对这些数据进行分析处理和监控。
2.根据权利要求1所述监控系统，其特征在于所述中央控制采集中心(CCAC)对这些数据进行分析处理，实时检测铁路路基或者包括桥梁、隧道等所有形式的铁路路基的震动响应，从而监控铁路路基随着时间的渐变和突变，以及自然灾害引起的铁路路基变化，而突变意味着部分路基出现了问题，需要进一步检查和维护。
3.根据权利要求1所述监控系统，其特征在于所述采集站(AS)由控制模块(CM)、电源模块(PM)和震动传感器(Sensor)组成；电源模块(PM)把所供的电源转换成采集站(AS)所需的各种电压；控制模块(CM)具有2个专用通信接口分别连接上一级和下一级采集站(AS)，控制模块(CM)电联电源模块(PM)和震动传感器(Sensor)。
4.根据权利要求3所述监控系统，其特征在于所述震动传感器(Sensor)采用抗冲击的大动态范围的震动传感器，使得能够足以抵抗列车通过时的冲击，并保持小信号的灵敏度；各采集站(AS)的控制模块(CM)之间通过电缆(CL)连接成串。
5.根据权利要求1所述监控系统，其特征在于所述交叉站(XS)由高速数据交换模块(SMXS)、控制模块(CM)、电源模块(PM)和GPS模块组成；数据交换模块(SMXS)为千兆交换机模块，千兆接口分别连接上一级交叉站(XS)和下一级交叉站(XS)，控制模块(CM)具有2个专用通信接口分别连接采集站(AS)，所述GPS模块用于给整个铁路路基实时监控系统进行数据采集时完成授时和同步。
6.根据权利要求5所述监控系统，其特征在于电源模块(PM)和GPS模块连接控制模块(CM)。
7.根据权利要求1所述监控系统，其特征在于所述中央控制采集中心(CCAC)由服务器(Server)、显示屏(Display)、用户计算机(PC)、绘图仪(PE)、交换机(Switch)、存储器(SD)、应用软件组成；服务器(Server)作为控制计算机，通过在服务器(Server)上运行的应用软件控制整个系统的运行，显示屏(Display)作为显示界面显示整个系统的运行状况和显示分析处理结果，用户计算机(PC)作为人机交互界面，交换机(Switch)连接服务器(Server)、显示屏(Display)和用户计算机(PC)及绘图仪(PE)。
8.根据权利要求7所述监控系统，其特征在于所述服务器(Server)通过光缆(FL)与交叉站(XS)连接。
9.根据权利要求7所述监控系统，其特征在于所述服务器(Server)连接存储器(SD)。
10.根据权利要求7所述监控系统，其特征在于所述中央控制采集中心(CCAC)中的应用软件包括人机交互模块、数据采集模块、数据存储模块、数据显示模块、数据处理分析模块、数据压缩模块、报警模块等。
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