CN107010087A - 高铁异物侵限监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高铁异物侵限监测系统及方法，其中的监测系统，包括：振动传感器，设置于无砟轨道，用于检测所述无砟轨道的振动信号并发送给解调仪；解调仪，用于接收所述振动信号，将所述振动信号解调成为解调信号并发送给处理器；处理器，用于接收所述解调信号，对所述解调信号处理之后与预设阈值进行比较，当所述解调信号超过预设阈值时发送控制信号给执行器；执行器，用于接收所述控制信号并执行报警提示；供电模块，用于对所述处理器以及所述执行器供电。本发明所述的高铁异物侵限监测系统及方法，能够监测异物落入高铁轨道限内的振动信号，并根据振动信号判断异物侵限，从而进行报警提示，以确保高铁运营安全，适用于对高铁进行异物侵限监测。

Description

高铁异物侵限监测系统及方法

技术领域

本发明涉及安全监测技术领域，具体地涉及一种高铁异物侵限监测系统及方法。

背景技术

近年来我国高速铁路和城际铁路发展迅速，列车速度已经达到了350km/h，如果仍就依靠司机目视来发现线路中的异物，将不能及时采取制动措施，引发重大行车事故，给铁路安全运营带来了巨大威胁和影响。

异物侵限多发于公路跨铁路地段、公铁并行区段落物、坠车、桥梁坍塌施工路段附近、隧道口、铁路正线以及山区中可能发生坍塌落石地段。

国内外最常见的异物侵限监测方法有：电网、光缆、红外线、微波、雷达、和视频监测。红外线、微波、雷达以及视频监测等方法最大的缺点在于容易受到外界干扰以致降低精准性，从而引起误报，这是限制这类检测系统的最主要原因。

电网监测方法易受到雷电、行车的电磁干扰，易产生误报；光缆易受到风扰动、人为干扰等因素影响，产生误报。

此外电网以及光缆监测方法需要将电缆或者光缆安装在防护网上，例如CN204368189U公开的基于光纤光栅传感器闭环回路的铁路异物侵限监测系统、CN201604664U公开的一种异物侵限监控装置，对于落入轨道间的异物无法监测，前期安装工作量大，成本高。

发明内容

根据本发明的实施例提供了一种高铁异物侵限监测系统及方法，能够根据获得的高铁轨道限内的振动信号，从而监测到异物侵限。

根据本发明实施例的第一个方面，提供一种高铁异物侵限监测系统，包括：

振动传感器，设置于无砟轨道，用于检测所述无砟轨道的振动信号并发送给解调仪；

解调仪，用于接收所述振动信号，将所述振动信号解调成为解调信号并发送给处理器；

处理器，用于接收所述解调信号，对所述解调信号处理之后与预设阈值进行比较，当所述解调信号超过预设阈值时发送控制信号给执行器；

执行器，用于接收所述控制信号并执行报警提示；

供电模块，用于对所述处理器以及所述执行器供电。

可选择地，所述振动传感器检测到的振动信号通过有线或者无线传输的方式发送给处理器。

可选择地，所述振动传感器为光纤光栅振动传感器。

可选择地，所述振动传感器安装于所述无砟轨道的轨道板的侧壁或者安装于所述无砟轨道的底座板的侧壁。

可选择地，所述振动传感器包括一个或两个以上。

可选择地，所述振动传感器包括两个以上时，所述振动传感器采用并联、串联或者二者串联和并联相结合的方式连接。

可选择地，所述处理器包括比较器，用于将所述振动信号与所述预设阈值进行比较；

可选择地，所述高铁异物侵限监测系统，还包括解调仪，所述振动传感器的振动信号通过所述解调仪解调之后发送给所述处理器。

可选择地，所述供电模块包括配电单元和不间断电源。

可选择地，所述执行器包括报警器。

可选择地，所述报警器能够发出声信号、光信号或电信号。

根据本发明实施例的第二个方面，提供一种高铁异物侵限监测方法，包括：

利用振动传感器检测所述无砟轨道的振动信号并发送给解调仪；

所述解调仪将所述振动信号解调成为解调信号并发送给处理器；

所述处理器对所述振动信号处理之后与预设阈值进行比较，当所述解调信号超过预设阈值时发送控制信号给执行器；

所述执行器根据所述控制信号执行报警提示。

可选择地，所述处理器中预存与所述振动传感器对应的所述振动信号的中心波长数据，并根据所述振动信号的中心波长数据判断与其对应的所述振动传感器的工作状态；

可选择地，所述处理器中还预存所述解调信号的中心波长数据与所述振动传感器的振动大小的对应关系数据，并根据所述对应关系数据判断所述振动传感器的振动大小。

可选择地，根据接收到的所述解调信号，更新所述处理器中预存的所述对应关系数据。

本发明所述的高铁异物侵限监测系统及方法，能够监测异物落入高铁轨道限内的振动信号，并根据振动信号判断异物侵限，从而进行报警提示，以确保高铁运营安全，适用于对高铁进行异物侵限监测。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是表示本发明一个实施例所述高铁异物侵限监测系统的结构示意图；

图2是表示本发明一个实施例所述高铁异物侵限监测系统中的振动传感器安装结构剖视图；

图3是表示本发明一个实施例所述高铁异物侵限监测系统中的振动传感器安装结构俯视图。

图中：

101、振动传感器；102、处理器；103、执行器；104、供电模块；105、解调仪。

201、轨道板；202、底座板。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。并且，下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的具体结构进行限定。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，根据本发明实施例的第一个方面，提供一种高铁异物侵限监测系统，包括：

振动传感器101，设置于无砟轨道，用于检测无砟轨道的振动信号并发送给解调仪105；

解调仪105，用于接收振动信号，将振动信号解调成为解调信号并发送给处理器102；

处理器102，用于接收解调信号，对解调信号处理之后与预设阈值进行比较，当解调信号超过预设阈值时发送控制信号给执行器103；

执行器103，用于接收控制信号并执行报警提示；

供电模块104，用于对处理器102以及执行器103供电。

处理器102作为数据处理和逻辑判断单元，用于对振动传感器的中心波长变化有关的信号进行分析和判断。

本实施例提供的高铁异物侵限监测系统，通过振动传感器101感应落入无砟轨道中的异物的振动，并产生振动信号发送给解调仪105，由解调仪将振动信号解调成解调信号并发送给处理器102，由处理器102对解调信号进行处理之后与预设阈值进行比较，该预设阈值用于作为警戒数值报警的参考标准，当达到预设阈值时就会向执行器发出控制信号，由执行器进行报警提示。具体地，判断异物的振动是否达到警戒数值报警的要求，如果达到了警戒数值报警的要求则说明可能会影响高铁的安全运行，所以需要进行处理，从而为了保证高铁的安全运行，将报警提示发送给相关的工作人员和上级部门，以便于及时处理，避免或提前排除安全隐患。

与现有技术通过红外、微博、雷达以及视频监测异物入侵的方式相比，本实施例提供的高铁异物侵限监测系统，能够监测异物落入高铁轨道限内的振动信号，并根据振动信号判断异物侵限，从而进行报警提示，以确保高铁运营安全，适用于对高铁进行异物侵限监测。

如图2-3所示，可选择地，振动传感器101安装于无砟轨道的轨道板201的侧壁或者安装于无砟轨道的底座板202的侧壁，其中轨道板201固定在底座板202的上部，由底座板202为轨道板201提供支撑。需要指出的是，安装于无砟轨道的底座板202的侧壁上的振动传感器101，与安装于砟轨道的轨道板201的侧壁上的振动传感器101可以是相同规格的振动传感器，也可以是精度不同的振动传感器，具体根据使用的需要而进行选择；通常地，安装于无砟轨道的底座板202的侧壁上的振动传感器101，其灵敏度比安装于砟轨道的轨道板201的侧壁上的振动传感器101的灵敏度高，从而保证检测到的振动信号更准确。

当振动传感器101安装于无砟轨道的轨道板201的侧壁时，由于轨道板201之间存在伸缩缝隙，所以相邻的两个轨道板201上的振动信号会因为伸缩缝隙的存在而产生衰竭。所以，通常地在将振动传感器101安装于无砟轨道的轨道板201的侧壁时，一块轨道板201上安装一个振动传感器101，以此克服伸缩缝隙导致的振动信号衰竭对检测结果的影响，从而使检测结果更准确。

可选择地，振动传感器101包括一个或两个以上。

可选择地，当振动传感器101包括两个以上时，振动传感器101采用并联、串联或者串联和并联相结合的方式连接，从而构成拓普网络，能够实现对一个连续区域或者多个不同区域觉得异物侵限进行监测，监测数据统一由处理器进行集中处理，从而便于高铁管理部门和工作人员及时作出应对，并且能够对同一区域或者相关区域的高铁运行状况进行调度处理，从而保证高铁运行安全，提前发现并排除隐患。

可选择地，振动传感器101为光纤光栅振动传感器，并且由光纤光栅振动传感器组成分布阵列，光纤光栅振动传感器将外界的加速度变化转换为为光纤光栅中心波长的变化，能够在保证高的灵敏度的同时拥有很高的可靠性。

可选择地，振动传感器101检测到的振动信号通过有线或者无线传输的方式发送给处理器102。有线传输的方式一般是指光纤传输，但也可以采用其他能够满足有线传输要求的传输方式。无线传输的方式，例如可以采用卫星通讯的方式，在振动传感器101与处理器102之间建立无线传输通道。

在本发明实施的过程中，可以对有线或者无线传输的方式应用相应的通讯协议，从而便于处理器接收振动传感器101的振动信号，便于搭建大区域的异物侵限监测网络；借助相应的通讯协议，将本发明实施例提供的高铁异物侵限监测系统与其他的高铁相关系统协调使用，可以将本发明提供的高铁异物侵限监测系统嫁接在其他高铁监控系统中，或者也可以将本发明提供的高铁异物侵限监测系统与其他高铁监控系统有机结合，进而能够更有效地建立起综合性的防灾体系。特别地，可以将本发明实施例提供的高铁异物侵限监测系统与应急相应系统进行有机结合使用，可以更快速、高效、准确地处理各种异物侵限，从而保障高铁的运行安全。

可选择地，处理器包括比较器，用于将振动信号与预设阈值进行比较；

可选择地，高铁异物侵限监测系统，还包括解调仪，振动传感器的振动信号通过解调仪解调之后发送给处理器。

可选择地，供电模块104包括配电单元和不间断电源，通常由配电单元对处理器和执行器供电，保证处理器和执行器在安全电压的条件下稳定持续地工作，当配电单元自身产生故障，或者当电网供电线路故障时，由不间断电源为可实现配电及其保护、数据分析、设备诊断及报警、系统断电续航等功能。

可选择地，执行器103包括报警器，报警器能够发出声信号、光信号或电信号。具体地，报警器的报警方式可以是显示终端显示报警内容，或者发送短信给相应的终端提示报警，或者由报警灯、蜂鸣器提示报警，以及发送无线列调给异物侵限区域中运行的列车等方式进行报警。基于本领域技术人员的理解，执行器103还可以包括其他可执行或者响应的部件或动作，例如可以自动存储振动信号异常信息等。

本实施例提供的高铁异物侵限监测系统，能够全天候定量测量，不会受到极端天气或者恶劣天气的影响，能够通过检测异物侵限时产生的振动信号来进行测量并根据测量结果进行报警；振动传感器本身使用安全，不会影响现有高铁的通信安全，不受铁路沿线强电磁场的干扰，适用于不同地质条件的异物侵限安全监测报警，保证检测信号的准确性；整个监测系统的安装、使用和维修都不会破坏现有的高铁系统框架，是对现有高铁系统安全运营的有力补充，安装和操作方便，维护简单，检测结果准确，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，更为高铁的安全运营增加了保驾护航。

根据本发明实施例的第二个方面，还提供一种高铁异物侵限监测方法，包括：

利用振动传感器检测无砟轨道的振动信号并发送给解调仪；

解调仪将振动信号解调成为解调信号并发送给处理器；

处理器对解调信号处理之后与预设阈值进行比较，当解调信号超过预设阈值时发送控制信号给执行器；

执行器根据控制信号执行报警提示。

可选择地，处理器中预存与振动传感器对应的解调信号的中心波长数据，并根据解调信号的中心波长数据判断与其对应的振动传感器的是否处于工作状态；

可选择地，处理器中还预存解调信号的中心波长数据与振动传感器的振动大小的对应关系数据，并根据对应关系数据判断振动传感器的振动大小。

当处理器应该收到的波长信号却未收到时，即：

如果处理器收到的振动传感器的振动信号中不包括或者中断对应某个振动传感器的信号，则意味着该振动传感器所在的位置发生了某种严重情况，例如该振动传感器被毁。此时也会提示报警，并提示工作人员马上进行安全处理。

如果由一条分光缆连接的所有振动传感器的振动信号消失，则很可能是该条光缆被损毁。

具体判断的逻辑规则，可以由系统设定，也可以由操作人员来具体设定，或进行修改。

另外，在实际的应用中，可以仅当两个位置相邻的振动传感器的波长相对于特征波长的振动信号大于预定阈值时，才发出报警信号。

其中，处理器可以通过有线方式(比如光缆)与振动传感器连接。可替换地，也可以通过无线方式发送和传递信息，例如借助于卫星网络来实现信息的传递。

处理器接受安装在无砟轨道上的振动传感器的波长信号，通过分析来确定每个波长信号对应的振动传感器、所涉的波长的变化以及对应的所代表的振动大小、以及振动大小达到危险程度的级别，可以针对不同的危险程度的级别，向执行器发出不同的控制信号，进而使执行器执行不同的报警提示。例如报警可分为三个级别，分别为：

A级(受到冲击)属于预警模式，对应发出第一控制信号；

B级(严重冲击)，对应发出第二控制信号；

C级(破坏)属于报警模式，对应发出第三控制信号。

收到报警提示的系统以及工作人员，可以根据报警级别的不同进行核实，从而启动不同的响应预案。

另外，处理器还设置成用于确定是否为火车通过、火车停车、涨轨以及人工巡检等干扰信号。

可选择地，还可以根据接收到的解调信号，更新处理器中预存的对应关系数据。通常地，在振动传感器使用一段时间以后，其在接受振动产生的振动信号的特征会有一定的变化，根据接收到的解调信号对处理器中预存的对应关系数据进行更新，可以随时保证振动传感器产生的振动信号的特征变化以后，仍然可以精准的对高铁轨道进行监控。

本发明的高铁异物侵限监测方法，能够监测异物落入高铁轨道限内的振动信号，对振动信号进行分析处理之后与预设阈值进行比较判断异物侵限，并可以根据振动信号不同的量级进行实时分级报警提示，以确保高铁运营安全，适用于对速路进行异物侵限监测。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。并且，在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。

Claims (13)

1.一种高铁异物侵限监测系统，包括：

振动传感器，设置于无砟轨道，用于检测所述无砟轨道的振动信号并发送给解调仪；

解调仪，用于接收所述振动信号，将所述振动信号解调成为解调信号并发送给处理器；

处理器，用于接收所述解调信号，对所述解调信号处理之后与预设阈值进行比较，当所述解调信号超过预设阈值时发送控制信号给执行器；

执行器，用于接收所述控制信号并执行报警提示；

供电模块，用于对所述处理器以及所述执行器供电。

2.如权利要求1所述的高铁异物侵限监测系统，其特征在于，

所述振动传感器检测到的振动信号通过有线或者无线传输的方式发送给处理器。

3.如权利要求1所述的高铁异物侵限监测系统，其特征在于，

所述振动传感器为光纤光栅振动传感器。

4.如权利要求1-3之一所述的高铁异物侵限监测系统，其特征在于，

所述振动传感器安装于所述无砟轨道的轨道板的侧壁或者安装于所述无砟轨道的底座板的侧壁。

5.如权利要求4所述的高铁异物侵限监测系统，其特征在于，

所述振动传感器包括一个或两个以上。

6.如权利要求5所述的高铁异物侵限监测系统，其特征在于，

所述振动传感器包括两个以上时，所述振动传感器采用并联、串联或者二者串联和并联相结合的方式连接。

7.如权利要求1-3之一、5或6所述的高铁异物侵限监测系统，其特征在于，

所述处理器包括：

比较器，用于将所述解调信号与所述预设阈值进行比较。

8.如权利要求1所述的高铁异物侵限监测系统，其特征在于，

所述供电模块包括配电单元和不间断电源。

9.如权利要求1所述的高铁异物侵限监测系统，其特征在于，

所述执行器包括报警器，所述报警器能够发出声信号、光信号和/或电信号。

10.一种高铁异物侵限监测方法，包括：

利用振动传感器检测所述无砟轨道的振动信号并发送给解调仪；

所述解调仪将所述振动信号解调成为解调信号并发送给处理器；

所述处理器对所述解调信号处理之后与预设阈值进行比较，当所述解调信号超过预设阈值时发送控制信号给执行器；

所述执行器根据所述控制信号执行报警提示。

11.如权利要求10所述的高铁异物侵限监测方法，其特征在于，

所述处理器中预存与所述振动传感器对应的所述解调信号的中心波长数据，并根据所述解调信号的中心波长数据判断与其对应的所述振动传感器的工作状态。

12.如权利要求11所述的高铁异物侵限监测方法，其特征在于，

所述处理器中还预存所述解调信号的中心波长数据与所述振动传感器的振动大小的对应关系数据，并根据所述对应关系数据判断所述振动传感器的振动大小。

13.如权利要求12所述的高铁异物侵限监测方法，其特征在于，

根据接收到的所述解调信号，更新所述处理器中预存的所述对应关系数据。