CN110865377A - 一种铁路接触网的实时位移监测预警系统及方法 - Google Patents

一种铁路接触网的实时位移监测预警系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁路接触网的实时位移监测预警系统及方法，所述系统包括位移检测装置和监控后台；所述位移检测装置包括温度传感器、湿度传感器、数据处理模块、无线发送模块、计时器、正对待测接触网的超声波发射器和正对待测接触网的超声波接收器；数据处理模块分别与温度传感器、湿度传感器、计时器、超声波发射器和超声波接收器连接，数据处理模块的输出端还通过无线发送模块与监控后台连接。本发明基于温度补偿和湿度补偿，具有较高的测量精度，并且能够实现对铁路接触网的位移的持续检测，将检测结果上传到监控后台，由监控后台进行监控预警，有利于保证铁路行车安全。

Description

一种铁路接触网的实时位移监测预警系统及方法
技术领域
本发明涉及铁路接触网，特别是涉及一种铁路接触网的实时位移监测预警系统及方法。
背景技术
铁路接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路；对接触网的位移进行检测，对于铁路安全具有非常重要的意义。
目前而言，测量接触网位移的设备一般超声波测距仪,超声波测距波原理是超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。(超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据[计时器]记录的时间t(秒)，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s＝340t/2)；但是，超声波测距仪之类的设备还存在这如下缺点：测量精度低；必须由人操控，不能对铁路接触网的位移的持续检测；不能将测量数据实时上传，使得数据不能及时得到处理，比如在铁路上检测接触网的位移，在接触网已经发生位移而后台无法即使获知时，就难以进行紧急处理，火车经过该段接触网铁路可能导致危险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铁路接触网的实时位移监测预警系统及方法，基于温度补偿和湿度补偿，具有较高的测量精度，并且能够实现对铁路接触网的位移的持续检测，将检测结果上传到监控后台，由监控后台进行监控预警，有利于保证铁路行车安全。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种铁路接触网的实时位移监测预警系统，包括位移检测装置和监控后台；所述位移检测装置包括温度传感器、湿度传感器、数据处理模块、无线发送模块、计时器、正对待测接触网的超声波发射器和正对待测接触网的超声波接收器；数据处理模块分别与温度传感器、湿度传感器、计时器、超声波发射器和超声波接收器连接，数据处理模块的输出端还通过无线发送模块与监控后台连接；
所述数据处理模块，用于以设定的时间间隔控制超声波发射器向待测接触网发射超声波脉冲，并在每次发射超声波脉冲时控制超声波接收器进行超声波回波探测接收，通过计时器确定从每次超声波脉冲发射到超声波回波接收所需的时间作为计时信息，并结合计时信息、湿度传感器采集到的湿度信息和温度传感器采集到温度信息，计算出高精度的接触网位移数据；
所述无线发送模块，用于将数据处理模块计算出的接触网位移数据传输给监控后台；
所述监控后台，用于对接收到的接触网位移数据进行保存，并将接触网位移数据与预设的阈值进行比较，在接触网位移数据超过预设的阈值时，进行报警提醒。
一种铁路接触网的实时位移监测预警系统的监控预警方法，包括以下步骤：
S1.位移检测装置中，数据处理模块控制超声波发射器向待测接触网发射超声波脉冲，同时控制超声波接收器进行超声波回波探测接收，并控制计时器开始计时；
S2.数据处理模块在超声波接收器探测接收到超声波回波时，控制计时器停止计时，得到计时信息，并将计时器清零；
S3.数据处理模块以温度信息和湿度信息作为补偿，计算出实际环境的声速信息；
S4.数据处理模块根据实际环境的声速信息与计时时间，计算出高精度的接触网位移数据；
S5.数据处理模块将计算得到的接触网位移数据通过无线发送模块传输给监控后台；
S6.每隔一段设定的时间间隔，重复执行一次步骤S1～S5，实现对接触网位移数据的持续检测和持续上传；
S7.监控后台对接收到的接触网位移数据进行保存，并将接触网位移数据与预设的阈值进行比较，在接触网位移数据超过预设的阈值时，进行报警提醒。
本发明的有益效果是：本发明基于温度补偿和湿度补偿，具有较高的测量精度，并且能够实现对铁路接触网的位移的持续检测；将检测结果上传到监控后台，监控后台能够对上传数据的实时监控，在接收到的数据超过预设的阈值时，进行报警提醒，以便于采取紧急措施，保证铁路行车安全。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种铁路接触网的实时位移监测预警系统，其特征在于：包括位移检测装置和监控后台；所述位移检测装置包括温度传感器、湿度传感器、数据处理模块、无线发送模块、计时器、正对待测接触网的超声波发射器和正对待测接触网的超声波接收器；数据处理模块分别与温度传感器、湿度传感器、计时器、超声波发射器和超声波接收器连接，数据处理模块的输出端还通过无线发送模块与监控后台连接；
所述数据处理模块，用于以设定的时间间隔控制超声波发射器向待测接触网发射超声波脉冲，并在每次发射超声波脉冲时控制超声波接收器进行超声波回波探测接收，通过计时器确定从每次超声波脉冲发射到超声波回波接收所需的时间作为计时信息，并结合计时信息、湿度传感器采集到的湿度信息和温度传感器采集到温度信息，计算出高精度的接触网位移数据；
所述无线发送模块，用于将数据处理模块计算出的接触网位移数据传输给监控后台；
所述监控后台，用于对接收到的接触网位移数据进行保存，并将接触网位移数据与预设的阈值进行比较，在接触网位移数据超过预设的阈值时，进行报警提醒。
在本申请的实施例中，所述位移检测装置还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块与数据处理模块连接，用于向数据处理模块提供实时时钟信息。所述位移检测装置还包括为装置内各个器件供电的电源模块；同理，后台服务器也具有相应的供电电源；在上述实施例中，所述的时间间隔一般为2分钟。
其中，所述数据处理模块包括：
超声波发射控制单元，用于以设定的时间间隔控制超声波发射器向待测接触网发射超声波脉冲，并在每次发射超声波脉冲的同时控制超声波接收器进行超声波回波探测接收；
计时控制单元，用于控制计时器对每次超声波脉冲发射到超声波回波接收所需的时间进行计时，得到计时信息；
声速计算单元，用于以温度信息和湿度信息作为补偿，计算出实际环境的声速信息；
位移计算单元，用于根据实际环境的声速信息与计时时间，计算出高精度的接触网位移数据。
在本申请的实施例中，所述监控后台包括无线接收模块、后台服务器、存储模块和后台报警器；所述无线接收模块接收来自位移检测装置的接触网位移数据，无线接收模块的输出端与后台服务器连接，所述后台服务器还与存储设备和报警设备连接；
所述后台服务器，用于将接收到的接触网位移数据保存在存储模块中，并将接触网位移数据与预设的阈值进行比较，在接触网位移数据超过预设的阈值时，控制报警模块进行报警。
如图2所示，一种铁路接触网的实时位移监测预警系统的监控预警方法，包括以下步骤：
S1.位移检测装置中，数据处理模块控制超声波发射器向待测接触网发射超声波脉冲，同时控制超声波接收器进行超声波回波探测接收，并控制计时器开始计时；
S2.数据处理模块在超声波接收器探测接收到超声波回波时，控制计时器停止计时，得到计时信息，并将计时器清零；
S3.数据处理模块以温度信息和湿度信息作为补偿，计算出实际环境的声速信息；
S4.数据处理模块根据实际环境的声速信息与计时时间，计算出高精度的接触网位移数据；
S5.数据处理模块将计算得到的接触网位移数据通过无线发送模块传输给监控后台；
S6.每隔一段设定的时间间隔，重复执行一次步骤S1～S5，实现对接触网位移数据的持续检测和持续上传；
S7.监控后台对接收到的接触网位移数据进行保存，并将接触网位移数据与预设的阈值进行比较，在接触网位移数据超过预设的阈值时，进行报警提醒。
进一步地，所述步骤S3包括以下子步骤：
S301.根据温度传感器采集到的温度信息t，计算饱和水蒸气分压力Psb，计算方式如下：
当t＝-100℃～0℃时，
ln(Psb)＝C1/T+C2+C3T+C4T2+C5T3+C6T4+C7ln(T)；
当t＝0℃～200℃时，
ln(Psb)＝C8/T+C9+C10T+C11T2+C12T3+C13ln(T)；
式中C1～C13为预设的固定常数；其中T＝273.15+t；在本申请的实施例中：
C1＝-5674.5359，C2＝6.3925247，C3＝-0.9677843*10-2，C4＝0.62215701*10-6，C5＝0.20747825*10-18，C6＝-0.9484024*10-12，C7＝4.1635019，C8＝-5800.2206；C9＝1.3914993，C10＝-0.04860239，C11＝0.000041764768，C12＝-0.000000014452093；C13＝6.5459673；
S302.根据水蒸气分压力Psb、温度传感器采集到的温度信息T和湿度传感器采集到的湿度信息
Figure BDA0002272642870000042
计算实际环境的声速信息c，计算方式如下：
Figure BDA0002272642870000041
标准大气压下，Y＝1.4，P0＝101325Pa。
进一步地，所述步骤S4包括：
S401.计算位移检测装置中，超声波发射点与待测接触网的实际距离s：
设计时时间为t，则：
s＝ct/2；
S402.计算高精度的接触网位移数据Δs：
Δs＝sbiao-s；
其中，sbiao为超声波发射点与待测接触网的标准距离。
本发明基于温度补偿和湿度补偿，具有较高的测量精度，并且能够实现对铁路接触网的位移的持续检测；将检测结果上传到监控后台，监控后台能够对上传数据的实时监控，在接收到的数据超过预设的阈值时，进行报警提醒，以便于采取紧急措施，保证铁路行车安全。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种铁路接触网的实时位移监测预警系统，其特征在于：包括位移检测装置和监控后台；所述位移检测装置包括温度传感器、湿度传感器、数据处理模块、无线发送模块、计时器、正对待测接触网的超声波发射器和正对待测接触网的超声波接收器；数据处理模块分别与温度传感器、湿度传感器、计时器、超声波发射器和超声波接收器连接，数据处理模块的输出端还通过无线发送模块与监控后台连接；
所述数据处理模块，用于以设定的时间间隔控制超声波发射器向待测接触网发射超声波脉冲，并在每次发射超声波脉冲时控制超声波接收器进行超声波回波探测接收，通过计时器确定从每次超声波脉冲发射到超声波回波接收所需的时间作为计时信息，并结合计时信息、湿度传感器采集到的湿度信息和温度传感器采集到温度信息，计算出高精度的接触网位移数据；
所述无线发送模块，用于将数据处理模块计算出的接触网位移数据传输给监控后台；
所述监控后台，用于对接收到的接触网位移数据进行保存，并将接触网位移数据与预设的阈值进行比较，在接触网位移数据超过预设的阈值时，进行报警提醒。
2.根据权利要求1所述的一种铁路接触网的实时位移监测预警系统，其特征在于：所述位移检测装置还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块与数据处理模块连接，用于向数据处理模块提供实时时钟信息。
3.根据权利要求1所述的一种铁路接触网的实时位移监测预警系统，其特征在于：所述数据处理模块包括：
超声波发射控制单元，用于以设定的时间间隔控制超声波发射器向待测接触网发射超声波脉冲，并在每次发射超声波脉冲的同时控制超声波接收器进行超声波回波探测接收；
计时控制单元，用于控制计时器对每次超声波脉冲发射到超声波回波接收所需的时间进行计时，得到计时信息；
声速计算单元，用于以温度信息和湿度信息作为补偿，计算出实际环境的声速信息；
位移计算单元，用于根据实际环境的声速信息与计时时间，计算出高精度的接触网位移数据。
4.根据权利要求1所述的一种铁路接触网的实时位移监测预警系统，其特征在于：所述监控后台包括无线接收模块、后台服务器、存储模块和后台报警器；所述无线接收模块接收来自位移检测装置的接触网位移数据，无线接收模块的输出端与后台服务器连接，所述后台服务器还与存储设备和报警设备连接；
所述后台服务器，用于将接收到的接触网位移数据保存在存储模块中，并将接触网位移数据与预设的阈值进行比较，在接触网位移数据超过预设的阈值时，控制报警模块进行报警。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种铁路接触网的实时位移监测预警系统的监控预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.位移检测装置中，数据处理模块控制超声波发射器向待测接触网发射超声波脉冲，同时控制超声波接收器进行超声波回波探测接收，并控制计时器开始计时；
S2.数据处理模块在超声波接收器探测接收到超声波回波时，控制计时器停止计时，得到计时信息，并将计时器清零；
S3.数据处理模块以温度信息和湿度信息作为补偿，计算出实际环境的声速信息；
S4.数据处理模块根据实际环境的声速信息与计时时间，计算出高精度的接触网位移数据；
S5.数据处理模块将计算得到的接触网位移数据通过无线发送模块传输给监控后台；
S6.每隔一段设定的时间间隔，重复执行一次步骤S1～S5，实现对接触网位移数据的持续检测和持续上传；
S7.监控后台对接收到的接触网位移数据进行保存，并将接触网位移数据与预设的阈值进行比较，在接触网位移数据超过预设的阈值时，进行报警提醒。
6.根据权利要求5所述的一种铁路接触网的实时位移监测预警系统的监控预警方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下子步骤：
S301.根据温度传感器采集到的温度信息t，计算饱和水蒸气分压力Psb，计算方式如下：
当t＝-100℃～0℃时，
ln(Psb)＝C1/T+C2+C3T+C4T2+C5T3+C6T4+C7ln(T)；
当t＝0℃～200℃时，
ln(Psb)＝C8/T+C9+C10T+C11T2+C12T3+C13ln(T)；
式中C1～C13为预设的固定常数；其中T＝273.15+t；
S302.根据水蒸气分压力Psb、温度传感器采集到的温度信息T和湿度传感器采集到的湿度信息
Figure FDA0002272642860000021
计算实际环境的声速信息c，计算方式如下：
Figure FDA0002272642860000022
标准大气压下，Y＝1.4，P0＝101325Pa。
7.根据权利要求5所述的一种铁路接触网的实时位移监测预警系统的监控预警方法，其特征在于：所述步骤S4包括：
S401.计算位移检测装置中，超声波发射点与待测接触网的实际距离s：
设计时时间为t，则：
s＝ct/2；
S402.计算高精度的接触网位移数据Δs：
Δs＝sbiao-s；
其中，sbiao为超声波发射点与待测接触网的标准距离。
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