一种无缝线路钢轨状态监测系统
技术领域
本发明属于监测线路测量设备领域,特别涉及一种无缝线路钢轨状态监测系统。
背景技术
我国铁路大部分铺设跨区间无缝线路,由于无缝线路中钢轨不能自由伸缩,当钢轨温度变化时,钢轨将产生位移或内部产生轴向温度力,尤其长大连续梁存在梁、板对无缝线路钢轨施加纵向附加力,会影响线路的稳定性。目前,我国针对无缝线路钢轨爬行位移测量手段主要采用位移桩的办法:即在无缝线路路基两侧埋设永久固定观测桩,观测桩上标记定点,钢轨上标基准点,在两桩固定点之间拉一条水平线或准直仪,测定钢轨爬行位移量。这种测量办法只能在确定好列车的运行间隙,横跨线路在上、下行线路两侧的观测桩上由甲、乙两人拉一条水平直线,由丙测量读数。由于列车运行速度越来越快,还需要再配一人进行防护,否则由于测量人员经常横越线路,极容易发生人身事故。由于是人工测量,测量数值很难达到精确值,一般只能达到±5mm,且浪费人力,不具实时监测能力;为了解决上述技术问题,现有技术CN105758463公开了一种无缝线路钢轨温度应力检测系统,其包括传感器、智能处理单元、信号处理单元等;其能够实现对温度应力的快速检测;但是其还存在1对钢轨的相关技术指标监测不全面,例如不能够对钢轨爬行位移、轨道板位移、桥梁缝位移、轨道板上供位移等参数进行监测;2并且现有技术提供的系统不能够进行全天候无人值守的检测与监测;3铁路局在接收外部数据时,都是用铁路专用网线,进而在进行数据传输和交互的时候,影响传输效果,导致不能及时分析和解决遇到的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种无缝线路钢轨状态监测系统,该系统能够实现对钢轨相关技术指标的全面监测,能够实现全天候无人值守监测,能够实现将无线网络转换成有线网络,然后再将有线网络转换成无线网络的转换过程,提高了整个传输过程的效率;由此可以科学的指导无缝养护维修,保证无缝线路钢轨的稳定性。
本发明具体技术方案如下:
本发明提供一种无缝线路钢轨状态监测系统,该系统包括:现场动态监测设备、数据中心服务平台和应用管理平台;
现场动态监测设备包括:
传感器单元,用于采集钢轨的相关数据,相关数据包括钢轨纵向应力、钢轨轨温、钢轨爬行位移、轨道板位移、桥梁缝位移、轨道板上供位移;
供电单元,用于为传感器单元供电;
主控单元,用于接收传输单元透传的采集命令,将供电单元的电力分配给传感器单元同时向传感器单元发送采集指令,收集传感器单元采集的数据同时透传给传输单元;
传输单元,用于接收数据中心服务平台发送的自动采集指令或手动采集,透传给主控单元,并将主控单元透传的数据发送给数据中心服务平台;
数据中心服务平台包括:
数据中转中心,用于接收现场动态监测设备传输的数据并发送给数据处理中心;
数据处理中心,用于根据应用管理平台的设置,向场动态监测设备发送自动采集指令,接收数据中转中心转发的数据并进行处理,然后发送给应用管理平台;
应用管理平台包括:
数据库,用于存储数据中心服务平台传输的数据,并存储相关数据的对应阈值、各监测点的历史数据报表、实时数据报表;
数据支撑单元,用于调取数据库内存储的数据并进行整理,然后发送给监测管理单元和移动终端;
监测管理单元,用于接收数据支撑中心整理的数据并进行处理展示,同时为用户提供一设置界面。
进一步的改进,传感器单元包括磁悬浮位移传感器、应力轨温传感器和激光位移传感器;主控单元为S_CC2530单片机,供电系统包括太阳能充电控制器及与太阳能充电控制器相连的太阳能电池板和硅胶蓄电池;传输单元包括通过稳压器相连的GPRS通讯模块和M_CC2530单片机。
进一步的改进,S_CC2530单片机通过一个串口与FPGA通信后与磁悬浮位移传感器相连,通过RS485总线与应力轨温传感器和激光位移传感器相连,通过2.4HZ无线信道与M_CC2530单片机相连。
进一步的改进,S_CC2530单片机设有三路供电电路,第一路通过次降压开关稳压电源降压为GPRS通讯模块供电,此路第二级通过LDO降压为M_CC2530供电;第二路通过继电器输入电压,通过次降压开关稳压电源降压为RS485总线供电,此路第二级通过LDO降压为S_CC2530和FPGA供电;第三路通过继电器输入电压,通过次升压开关稳压电源升压输出为磁悬浮位移传感器供电。
进一步的改进,数据处理中心包括:
数据接收模块,用于实时接收传输单元传输的数据,并发送给第一判断模块;
第一判断模块,用于对实时接收的数据进行判断,当接收的数据为无效数据时,向采集指令重发模块发送指令;
采集指令重发模块,用于向现场动态监测设备发送重新采集该监测点钢轨对应的所有相关数据的指令。
进一步的改进,数据处理中心还包括:
第一比对模块,当同一传感器实时接收的数据为手动采集命令采集的数据时,计算采集该数据对应的时间和最接近的一次自动采集命令采集数据对应时间的时间差Δt,并与时间差阈值Δt1进行比对,当Δt≤Δt1时,放弃自动采集命令采集的数据。
进一步的改进,数据处理中心还包括:
第二比对模块,用于将实时接收的数据与数据库中存储的对应阈值进行比对,当接收的某一数据大于对应阈值时,向采集指令重发模块发送指令;
统计模块,用于统计该监测点连续采集的数据大于对应阈值的次数n,并与阈值n1进行比对,当n<n1时,将第n+1次采集的通过应用管理平台展示给用户;当n≥n1,向提醒模块发送指令;
提示模块,用于发出提示信号。
进一步的改进,每一数据的对应阈值都包括第一阈值和第二阈值,其中第一阈值小于第二阈值,提示模块:
预警子模块:当某一数据大于对应的第一阈值不大于对应的第二阈值时,发出预警提示信号;
报警子模块:当某一数据大于对应的第二阈值时,发出报警提示信号,同时添加一弹出框,该弹出框内关联有该监测点的所有相关数据。
进一步的改进,数据处理中心还包括:
数据处理模块,用于从数据库中调取各监测点的历史数据报表;
趋势分析模块,用于根据历史数据报表内历史数据的走向,挑选出变化幅度大的数据对应的监测时间,并发送给采集指令控制模块;
采集指令控制模块,当达到给定时间时,用于通过传输单元向传感器单元发送手动采集或增加采集频率的指令。
进一步的改进,数据处理中心还包括:
第二判断模块,用于将每一监测点内没有发出提示信号的每一天的历史数据按照预设的数据范围进行分类,将每天对应数据范围的数据做交集处理,获得数据交集,并对数据交集进行判断,如果数据交集不为空,从各数据交集挑选出与对应的第一阈值最接近的数据交集并发送给第三判断模块;
第三判断模块,用于将挑选出的数据交集对应的每一类内的数据对应的时间做交集处理,获得时间交集,并对时间交集进行判断,当时间交集不为空时,将该时间交集对应的时间发送给采集指令控制模块。
进一步的改进,所述传感器单元内的各传感器通过移动装置固定在钢轨旁;所述移动装置包括固定在钢轨旁的框架,所述框架包括竖直设置的第一侧板、第二侧板及与所述第一侧板和第二侧板垂直连接且水平放置的顶板和底板;所述框架靠近钢轨的一侧面及与其相对的另一侧面的下侧边均铰接有第三侧板,所述底板上设有与钢轨垂直且水平放置的第一滑轨,所述第一滑轨上滑动连接有滑块,所述滑块上固定有用于放置各传感器的一容置板,所述底板上通过支撑架设有水平放置的伸缩旋转电机,所述伸缩旋转电机的输出端连接有穿过所述滑块且与所述滑块螺纹连接的螺杆,所述螺杆与所述第一滑轨平行,且端部朝向钢轨;靠近钢轨的所述第三侧板远离钢轨的一侧面上设有与钢轨平行的限位条及与第一滑轨位于同一水平面上的第二滑轨,所述滑块可在第二滑轨上滑动;所述限位条与钢轨之间的距离为8mm;所述第二滑轨端部与钢轨之间的距离大于所述限位条与钢轨之间的距离;所述容置板与所述第一侧板和第二侧板相对应的两端设有竖直向上延伸的支撑板,两个所述支撑板分别通过弹簧连接有与所述支撑板平行的卡板,且两卡板相对的侧面上设有若干均匀分布的凸起。
本发明的有益效果:
1.本发明提供的无缝线路钢轨状态监测系统监测的技术指标全面,可以实时监测钢轨纵向应力、钢轨轨温、钢轨爬行位移、轨道板位移、桥梁缝位移、轨道板上供位移等数据,通过沿铁路线路布置安装,能够得到长大距离范围内任一时刻钢轨各项技术指标综合状态的分布曲线;由此可以科学的指导无缝养护维修,保证无缝线路钢轨的稳定性,监测、预防胀断轨;而且以上监测的数据可融入统一系统,更有利于铁路基础设施的状态分析。
2.本发明提供的无缝线路钢轨状态监测系统可实现全天候无人值守监测。
3.本发明提供的无缝线路钢轨状态监测系统能够实现将无线网络转换成有线网络,然后再将有线网络转换成无线网络的转换过程,提高了整个传输过程的效率;由此可以科学的指导无缝养护维修,保证无缝线路钢轨的稳定性。
4.本发明所有传感器可以同一时间并行采集、处理、传输,保证在同一线路环境下、同一时间的数据比较;整体现场动态监测设备备采用低功耗设计,平常只有传输单元待机,其他所有设备处于深度睡眠,根据传输单元接收指令做相应处理;
5.本发明提供的本发明提供的无缝线路钢轨状态监测系统,能够对无缝线路钢轨轨温、纵向应力及多种位移数据实时采集、传输、存储与处理,对检测到无缝线路锁定轨温或位移变化超过有关规定将预警或报警,综合应力、轨温、位移变化对胀断轨进行报警,可为无缝线路养护维修提供科学指导,无线传输、太阳能供电能满足铁路沿线长期监测。解决了目前检测不及时、不准确,检测项目不全面,人工检测跨线作业不安全等问题。
附图说明
图1为实施例1一种无缝线路钢轨状态监测系统的结构框图;
图2为实施例1现场动态监测设备的结构框图;
图3为实施例1数据中心服务平台和应用管理平台连接的结构框图;
图4为实施例2数据处理中心的结构框图;
图5为实施例4数据处理中心的结构框图;
图6为实施例5数据处理中心的结构框图;
图7为实施例6数据处理中心的结构框图;
图8为实施例7移动装置的透视图。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例1提供一种无缝线路钢轨状态监测系统,如图1所示,该系统包括:现场动态监测设备1、数据中心服务平台2和应用管理平台3;
如图2所示,现场动态监测设备1包括:
传感器单元11,用于采集钢轨的相关数据,相关数据包括钢轨纵向应力、钢轨轨温、钢轨爬行位移、轨道板位移、桥梁缝位移、轨道板上供位移;传感器单元11包括4个Germanjet磁悬浮位移传感器、2个DataTraks应力轨温传感器和2个ZLDS100激光位移传感器;
供电单元12,用于为传感器单元11供电;供电系统包括BW-KZQ-10AK型太阳能充电控制器及与太阳能充电控制器相连的太阳能电池板和硅胶蓄电池;太阳能电池板输出13.8V-17.8的电压,硅胶蓄电池输出13.8V-10V接入主控单元;
主控单元13,用于接收传输单元14透传的采集命令,将供电单元12的电力分配给传感器单元11同时向传感器单元11发送采集指令,收集传感器单元11采集的数据同时透传给传输单元14;主控单元13为S_CC2530单片机,该S_CC2530单片机通过一个串口与FPGA通信后与磁悬浮位移传感器相连,通过RS485总线与应力轨温传感器和激光位移传感器相连,通过2.4HZ无线信道与M_CC2530单片机相连;S_CC2530单片机设有三路供电电路,第一路常开12V通过次降压开关稳压电源降压输出5V,为GPRS通讯模块供电,此路第二级通过LDO降压输出3.3V为M_CC2530供电;第二路通过继电器输入12V电压,通过次降压开关稳压电源降压输出5V为RS485总线提供电源,此路第二级通过LDO降压输出3.3V为S_CC2530和FPGA供电;第三路通过继电器(LDO)输入12V电压,通过次升压开关稳压电源升压输出24V为磁悬浮位移传感器供电;
传输单元14,用于接收数据中心服务平台2发送的自动采集指令或手动采集,透传给主控单元13,并将主控单元13透传的数据发送给数据中心服务平台2;其包括通过稳压器LDO相连的GPRS通讯模块(型号为SIM800L)和M_CC2530单片机;数据中心服务平台通过拨号或发短信唤醒由SIM800L构成的GPRS通讯模块,复位同时启动M_CC2530完成与数据中心服务平台的联通、开通主控单元采集电源、等待2.4GHz无线信道的回送数据,向数据中心服务平台发送采集的数据,待数据中心服务平台确认收到数据后设置SIM800L和M_CC2530进入睡眠状态;
如图3所示,数据中心服务平台2包括:
数据中转中心21,用于接收现场动态监测设备1传输的数据并发送给数据处理中心22;该数据中转中心可以为一数据库;
数据处理中心22,用于根据应用管理平台3的设置,向场动态监测设备发送自动采集指令,接收数据中转中心21转发的数据并进行处理,然后发送给应用管理平台3;数据处理中心可以由一SMS芯片和一GPRS通讯模块(型号:SIM800L)组成;
如图3所示,应用管理平台3包括:
数据库31,用于存储数据中心服务平台2传输的数据,并存储相关数据的对应阈值、各监测点的历史数据报表、实时数据报表;
数据支撑单元32,用于调取数据库31内存储的数据并进行整理,然后发送给监测管理单元33和移动终端34:可以为一数据库服务器;
监测管理单元33,用于接收数据支撑中心整理的数据并进行处理展示,同时为用户提供一设置界面;为一常规并且内置有Web程序的服务器。
本发明提供的无缝线路钢轨状态监测系统监测的技术指标全面,可以实时监测钢轨纵向应力、钢轨轨温、钢轨爬行位移、轨道板位移、桥梁缝位移、轨道板上供位移等数据,通过沿铁路线路布置安装,能够得到长大距离范围内任一时刻钢轨各项技术指标综合状态的分布曲线;由此可以科学的指导无缝养护维修,保证无缝线路钢轨的稳定性,监测、预防胀断轨;而且以上监测的数据可融入统一系统,更有利于铁路基础设施的状态分析;该系统可实现全天候无人值守监测;该能够实现将无线网络转换成有线网络,然后再将有线网络转换成无线网络的转换过程,提高了整个传输过程的效率;由此可以科学的指导无缝养护维修,保证无缝线路钢轨的稳定性该系统传感器可以同一时间并行采集、处理、传输,保证在同一线路环境下、同一时间的数据比较;整体现场动态监测设备备采用低功耗设计,平常只有传输单元待机,其他所有设备处于深度睡眠,根据传输单元接收指令做相应处理,该系统能够对无缝线路钢轨轨温、纵向应力及多种位移数据实时采集、传输、存储与处理,对检测到无缝线路锁定轨温或位移变化等数据超过有关规定将预警或报警,综合应力、轨温、位移变化对胀断轨进行报警,可为无缝线路养护维修提供科学指导,无线传输、太阳能供电能满足铁路沿线长期监测。解决了目前检测不及时、不准确,检测项目不全面,人工检测跨线作业不安全等问题。
实施例2
本发明实施例2提供的无缝线路钢轨状态监测系统与实施例1基本相同,不同的是,如图4所示,数据处理中心22包括:
数据接收模块221,用于实时接收传输单元14传输的数据,并发送给第一判断模块222;
第一判断模块222,用于对实时接收的数据进行判断,当接收的数据为无效数据时,向采集指令重发模块223发送指令;
采集指令重发模块223,用于向现场动态监测设备1发送重新采集该监测点钢轨对应的所有相关数据的指令。
本发明进一步对数据处理中心进行限定,首先其用于接受传输单元发送的数据,然后对数据进行判断,当数据无效时,通过传输单元向传感器单元发送重新采集该监测点所有数据的指令,本发明所指的无效数据为无法转成16进制的数据,目的是保证每次采集的数据都能够被系统读取,进而提高整个系统对钢轨相关数据测量的准确性。
实施例3
本发明实施例3提供的无缝线路钢轨状态监测系统与实施例2基本相同,不同的是,数据处理中心22还包括:
第一比对模块224,当同一传感器实时接收的数据为手动采集命令采集的数据时,计算采集该数据对应的时间和最接近的一次自动采集命令采集数据对应时间的时间差△t,并与时间差阈值△t1进行比对,当△t≤△t1时,放弃自动采集命令采集的数据。
本发明进一步对同一ID编号的传感器采集数据的命令进行判断,当采集命令为手动采集时,判断该手动采集数据的时间与最接近的一次自动采集命令采集数据对应时间的时间差△t是否大于设于时间差阈值,如果不大于,放弃自动采集命令采集的数据,这样可保证传输的数据不会重复,并且能够保证采集的数据都是关键时间采集的数据。
实施例4
本发明实施例4提供的无缝线路钢轨状态监测系统与实施例3基本相同,不同的是,如图5所示,数据处理中心22还包括:
第二比对模块225,用于将实时接收的数据与数据库31中存储的对应阈值进行比对,当接收的某一数据大于对应阈值时,向采集指令重发模块223发送指令;
统计模块226,用于统计该监测点连续采集的数据大于对应阈值的次数n,并与阈值n1进行比对,当n<n1时,将第n+1次采集的通过应用管理平台3展示给用户;当n≥n1,向提醒模块发送指令;
提示模块227,用于发出提示信号;
每一数据的对应阈值都包括第一阈值和第二阈值,其中第一阈值小于第二阈值,该提示模块227包括:
预警子模块:当某一数据大于对应的第一阈值不大于对应的第二阈值时,发出预警提示信号;
报警子模块:当某一数据大于对应的第二阈值时,发出报警提示信号,同时添加一弹出框,该弹出框内关联有该监测点的所有相关数据。
本发明进一步对采集的数据进行判断,当某一数据大于预设的对应阈值时,通过传输单元向传感器单元发送重新采集数据指令,并再与对应阈值进行判断,当同一监测点采集的数据超过阈值的次数大于预设阈值时,发出提示信号,该提示信号包括预警信号和报警信号,当没有超过预设阈值时,将最新采集的没有超过对应阈值的数据发送给应用管理平台并进行展示,因此保证数据采集的准确性,可为无缝线路养护维修提供科学指导,保证钢轨的稳定性。
实施例5
本发明实施例5提供的无缝线路钢轨状态监测系统与实施例4基本相同,不同的是,如图6所示,数据处理中心22还包括:
数据处理模块228,用于从数据库31中调取各监测点的历史数据报表;
趋势分析模块230,用于根据历史数据报表内历史数据的走向,挑选出变化幅度大的数据对应的监测时间,并发送给采集指令控制模块231;
采集指令控制模块231,当达到给定时间时,用于通过传输单元14向传感器单元11发送手动采集或增加采集频率的指令。
本发明进一步对数据处理中心进行判断,本发明可以根据历史数据报表内某一监测点的数据,分析出需要增加采集频率的监测时间,当达到该监测时间点时,通过传输模块向传感器单元发送手动采集或增加采集频率的指令,这样可以保证对某一容易出现故障的时间段的钢轨情况进行多次监测,避免可能出现的故障,保证钢轨的稳定性。
实施例6
本发明实施例6提供的无缝线路钢轨状态监测系统与实施例5基本相同,不同的是,如图7所示,数据处理中心22还包括:
第二判断模块232,用于将每一监测点内没有发出提示信号的每一天的历史数据按照预设的数据范围进行分类,将每天对应数据范围的数据做交集处理,获得数据交集,并对数据交集进行判断,如果数据交集不为空,从各数据交集挑选出与对应的第一阈值最接近的数据交集并发送给第三判断模块233;
第三判断模块233,用于将挑选出的数据交集对应的每一类内的数据对应的时间做交集处理,获得时间交集,并对时间交集进行判断,当时间交集不为空时,将该时间交集对应的时间发送给采集指令控制模块231。
本发明还可以对历史数据中接近预警阈值的数据对应的时间内的钢轨情况进行手动或增加采集频率,这样可以避免可能出现的故障,保证钢轨的稳定性。
实施例7
本发明实施例7提供一种无缝线路钢轨状态监测系统与实施例1的区别为,如图8所示,所述传感器单元11内的各传感器通过移动装置固定在钢轨旁;所述移动装置包括固定在钢轨旁的框架,所述框架41包括竖直设置的第一侧板42、第二侧板及与所述第一侧板42和第二侧板垂直连接且水平放置的顶板44和底板45;所述框架41靠近钢轨的一侧面及与其相对的另一侧面的下侧边均铰接有第三侧板46,所述底板45上设有与钢轨垂直且水平放置的第一滑轨47,所述第一滑轨47上滑动连接有滑块48,所述滑块48上固定有用于放置各传感器的一容置板49,所述底板45上通过支撑架43设有水平放置的伸缩旋转电机50,所述伸缩旋转电机50的输出端连接有穿过所述滑块48且与所述滑块48螺纹连接的螺杆51,所述螺杆51与所述第一滑轨47平行,且端部朝向钢轨;靠近钢轨的所述第三侧板46远离钢轨的一侧面上设有与钢轨平行的限位条55及与第一滑轨47位于同一水平面上的第二滑轨52,所述滑块48可在第二滑轨52上滑动;所述限位条52与钢轨之间的距离为8mm;所述第二滑轨52端部与钢轨之间的距离大于所述限位条52与钢轨之间的距离;所述容置板49与所述第一侧板42和第二侧板相对应的两端设有竖直向上延伸的支撑板54,两个所述支撑板54分别通过弹簧连接有与所述支撑板54平行的卡板53,且两卡板53相对的侧面上设有若干均匀分布的凸起55。
本发明提供的传感器可放到容置板板上,然后伸缩旋转电机(型号:HaiXin/25GA-280)可以带动螺杆旋转,并且可以调整螺杆的长短,螺杆带动滑块的滑动,进而调整各传感器与钢轨的距离,并且设置的卡板可以对传感器起到固定的作用,传感器可以随意取下,可以方便更换传感器。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。