CN110949452B - 高速铁路路基动态检定系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种高速铁路路基动态检定系统及检测方法，包括基站、铁路网络站、无线路由器、电源、数据采集系统和终端，基站与铁路网络站之间通过信号相连接，无线路由器和数据采集系统通过信号相连接，数据采集系统包括数据采集器和加速度积分型位移传感器，加速度积分型位移传感器和数据采集器相连接，数据采集器与终端通过信号相连接，终端接收数据采集器反馈的数据，且终端控制数据采集器的启动和关闭，加速度积分型位移传感器安装于路基上表面、用于测量动变形。本发明充分考虑高速铁路运营的严格要求，结合现场实测条件，实现传感器的快速安装、数据采集系统的远程控制、采集数据的无线传输，实现无人现场值守、安全准确的路基动态检定系统。

Description

高速铁路路基动态检定系统及检测方法

技术领域

本发明涉及高速铁路路基技术领域，更具体地说，涉及高速铁路路基动态检定系统及检测方法。

背景技术

随着我国高速铁路的发展，列车的安全、高速运行对线路提出了更为严苛的要求，包括高速铁路系统的各个方面的高可靠性以及线路的稳定性与平顺性。作为线路的基础，高速铁路对路基也提出了更为严苛的要求：强度高、刚度大、稳定性、耐久性好，不易变形。因此，在高速铁路正式运营前，需要对路基的性能进行检定，为上部基础提供稳定的支撑。

现有路基动态检定系统一般包括传感器与数据采集仪两部分，测试时将传感器固定于路基的相应位置，通过导线将传感器接入数据采集仪，当列车运行时通过人工控制采集仪实现数据采集，完成路基的动态检定。一般将数据采集系统固定于路肩或是放于线路栅栏外，采集过程由人工完成。

高速铁路的安全管理严格，在列车运行时严禁有人员上道，测试期间由人工控制较为困难；若是将数据采集仪放置于栅栏门外，传感器与采集仪间的连接导线过长将导致信号衰减，同时过长的导线也会对高速运行的列车构成安全隐患，路基动变形测试时需要在路基体内打孔，设置传感器支架，这一过程比较耗时且对路基具有一定的扰动。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种高速铁路路基动态检定系统及其检测方法，充分考虑高速铁路运营的严格要求，结合现场实际测试条件，实现传感器的快速安装、数据采集系统的远程控制、采集数据的无线传输，实现无人现场值守，安全准确的检测路基动态。

本发明采用如下的技术方案实现：

本发明的第一方面公开了一种高速铁路路基动态检定系统，包括基站1和铁路网络站2，所述基站1与铁路网络站2之间通过信号相连接，其特征在于，还包括无线路由器3、电源4、数据采集系统5和终端6，所述铁路网络站2和无线路由器3通过信号相连接，所述无线路由器3和数据采集系统5通过信号相连接，所述数据采集系统5包括数据采集器51和加速度积分型位移传感器52，所述加速度积分型位移传感器52和数据采集器51相连接，所述数据采集器51与终端6通过信号相连接，所述终端6接收数据采集器51反馈的数据，且终端6控制数据采集器51的启动和关闭，所述加速度积分型位移传感器52安装于路基上表面，用于测量动变形，所述数据采集系统5与电源4电连接。

进一步的，所述数据采集器51内安装有第一信号收发端，所述终端6内安装有第二信号收发端，所述数据采集器51与终端6之间通过相匹配的第一信号收发端和第二信号收发端信号连接以实现数据的接收和开闭指令的发送。

进一步的，所述基站1与铁路网络站2之间通过4G网络或者5G网络实现信号连接；所述终端6为电脑或手机，所述终端6与数据采集器51之间通过网络通信实现信号连接；所述无线路由器3为4G网络无线路由器或者5G网络无线路由器。

进一步的，所述加速度积分型位移传感器的量程是0.5-1mm，分辨率≤0.2%FS且不低于0.001mm，非线性度≤5%FS；所述数据采集系统5的输入物理量是电压，采样频率≥1000Hz，分辨率≤0.2%FS；工作环境为-30~+60℃。

进一步的，所述加速度积分型位移传感器的量程是0.8mm，分辨率是0.1%FS且为0.001mm，非线性度是3%FS；所述数据采集系统5的输入物理量是电压，采样频率是1100Hz，分辨率是0.1%FS；工作环境为10℃。

本发明的另一方面公开了一种应用高速铁路路基动态检定系统进行检测的高速铁路路基动态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、确定测点里程：确定需要进行路基动态检测的点以及该路段路基动态检测点与下路段路基动态检测点之间的里程数，得到测点里程；

S200、现场安装传感器及采集设备：根据S100中确定的测点里程，在路基上选取适宜位置焊接多个加速度积分型位移传感器52，并在该路段距离加速度积分型位移传感器52适宜的距离内安装无线路由器3，并在距离加速度积分型位移传感器52和无线路由器3适宜的距离内安装数据采集器51；

S300、系统调试：依次检测数据采集器51、无线路由器3和加速度积分型位移传感器52之间是否可以进行信号的传输，并保证信号强度满足要求，使用终端6进行远程操控，保证系统能够正常运行，若不能正常运行，检查接线与配置信息是否正确，直至整个系统能够正常运行；

S400、列车通过时采集数据：检测人员在列车到来之前通过终端6远程控制数据采集器51和加速度积分型位移传感器52开机，列车通过时，通过加速度积分型位移传感器52采集相关的数据，并将其传输至数据采集器51，数据采集器51进行相应的数据采集和处理，得到处理后的数据，并将处理后的数据反馈给终端6，在列车通过后远程关闭数据采集器51和加速度积分型位移传感器52；

S500、分析数据并编写报告：采用相关的数据分析软件进行数据分析，得到数据分析结果，并根据数据分析结果编写报告。

进一步的，所述数据采集器51进行相应的数据采集和处理，得到处理后的数据的步骤包括：

对于加速度积分型位移传感器52所测的动变形，读取相邻波峰和波谷之间的差值；

统计分析多个所述差值的均值、最大值及均方差。

综上所述，本发明提供了一种高速铁路路基动态检定系统及检测方法，包括基站、铁路网络站、无线路由器、电源、数据采集系统和终端，基站与铁路网络站之间通过信号相连接，无线路由器和数据采集系统通过信号相连接，数据采集系统包括数据采集器和加速度积分型位移传感器，加速度积分型位移传感器和数据采集器相连接，数据采集器与终端通过信号相连接，终端接收数据采集器反馈的数据，且终端控制数据采集器的启动和关闭，加速度积分型位移传感器安装于路基上表面、用于测量动变形，数据采集系统与电源电连接。本发明充分考虑高速铁路运营的严格要求，结合现场实测条件，实现传感器的快速安装、数据采集系统的远程控制、采集数据的无线传输，实现无人现场值守、安全准确的路基动态检定系统，便于检测。

与现有技术相比，本发明有如下的技术效果：

（1）本方案易于快速安装加速度积分型位移传感器，对不同类型传感器进行对比分析，在保证测试结果准确可靠的前提下选取易于安装的传感器，通过加速度积分型位移传感器所得动变形与传统的电涡流位移传感器所测动变形比较，见图4，二者结果基本一致，但加速度积分型位移传感器易于安装，不用在路基上打孔及设置支架，安全快捷。

（2）本方案通过终端远程控制数据采集系统，通过远程控制，可根据列车的实际运行时间来控制数据采集系统的开关机，节省电量，同时避免长期开机导致系统过热。

（3）本方案通过远距离无线传输，动态检定数据量较大，利用4G网络或者5G网络的传输快的特点，将数据采集器接入4G路由器或者5G路由器，通过无线网络与终端相连接，搭建成现场与终端的远程无线连接，即可通过终端远距离无线传输数据。

附图说明

图1为本发明的高速铁路路基动态检定系统的结构示意图；

图2为本发明的高速铁路路基动态检定系统的功能框图；

图3为本发明的加速度积分型位移传感器的安装示意图；

图4为本发明加速度积分型位移传感器所得动变形与传统的电涡流位移传感器所测动变形比较图；

图5为本发明的高速铁路路基动态检测方法的流程图。

图中标号说明：

1基站、2铁路网络站、3无线路由器、4电源、5数据采集系统、51 数据采集器、52加速度积分型位移传感器、6终端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是信号连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如图1和图2所示，一种高速铁路路基动态检定系统，包括基站1和铁路网络站2，基站1与铁路网络站2之间通过4G网络或者5G网络实现信号连接，铁路网络站2与无线路由器3信号连接，无线路由器3为4G网络无线路由器或者5G网络无线路由器，无线路由器3与数据采集系统5信号连接，数据采集系统5包括数据采集器51和加速度积分型位移传感器52，加速度积分型位移传感器52与数据采集器51电连接。

本实施例中，基站1提供整个系统运营的网络信号，根据实际的需求选择建造4G基站或者5G基站，提供4G网络或者5G网络，保证网络的快捷，现场测试数据无线传输，通过组建4G网络或者5G网络，实现了人员不在测试现场就能将测试数据传输到电脑，与此相对应的选择相应的无线路由器3以实现信号之间的无线传输，加速度积分型位移传感器52用于检测路基动态参数，将检测的路基动态参数传输至数据采集器51，完成数据的采集和处理，对不同类型传感器进行对比分析，在保证测试结果准确可靠的前提下选取易于安装的传感器，通过加速度积分型位移传感器52所得动变形与传统的电涡流位移传感器所测动变形比较，结合图4所示，二者结果基本一致，但加速度积分型位移传感器52易于安装，不用在路基上打孔及设置支架，安全快捷，因此选择加速度积分型位移传感器52，传感器安装快速便捷，测试数据准确，针对高速铁路管理严格的要求，选取不必打孔安装的加速度积分型位移传感器52，并经过现场校核，实现传感器的快速安装与结果可靠。

具体的，结合图1、图2和图3所示，数据采集器51与终端6信号连接，终端6接收数据采集器51反馈的数据，且终端6控制数据采集器51的启动和关闭，数据采集器51内安装有第一信号收发端，终端6内安装有第二信号收发端，数据采集器51与终端6之间通过相匹配的第一信号收发端和第二信号收发端信号连接以实现数据的接收和开闭指令的发送，加速度积分型位移传感器52安装于路基上表面，数据采集系统5与电源4电连接，终端6为电脑或手机，终端6与数据采集器51之间通过网络通信实现信号连接。

本实施例中，通过终端6远程控制数据采集系统5，通过远程控制，可根据列车的实际运行时间来控制数据采集系统5的开关机，节省电量，同时避免长期开机导致系统过热，终端6不仅可以远程控制数据采集系统5的开关机，同时能接收数据采集器51反馈回来的采集数据，实现远距离数据无线传输，电源4为数据采集系统5进行供电，远程控制数据采集系统5，用手机或电脑通过无线网络远程控制数据采集系统5的开关机，能够节省电量并防止长时间开机时设备过热，充分考虑高速铁路运营的严格要求，结合现场实际测试条件，实现传感器的快速安装、数据采集系统的远程控制、采集数据的无线传输，实现无人现场值守，安全准确的路基动态检定系统，便于检测。

本实施例中，加速度积分型位移传感器的量程是0.5-1mm，分辨率≤0.2%FS且不低于0.001mm，非线性度≤5%FS；数据采集系统5的输入物理量是电压，采样频率≥1000Hz，分辨率≤0.2%FS。工作环境为-30~+60℃。

进一步的，加速度积分型位移传感器的量程是0.8mm，分辨率是0.1%FS且为0.001mm，非线性度是3%FS；数据采集系统5的输入物理量是电压，采样频率是1100Hz，分辨率是0.1%FS；工作环境为10℃。

结合图5所示，一种高速铁路路基动态检测方法，包括以下步骤：

S100、确定测点里程：确定需要进行路基动态检测的点以及该路段路基动态检测点与下路段路基动态检测点之间的里程数，得到测点里程；

S200、现场安装传感器及采集设备：根据S100中确定的测点里程，在路基上选取适宜位置焊接多个加速度积分型位移传感器52，并在该路段距离加速度积分型位移传感器52适宜的距离内安装无线路由器3，并在距离加速度积分型位移传感器52和无线路由器3适宜的距离内安装数据采集器51；

S300、系统调试：依次检测数据采集器51、无线路由器3和加速度积分型位移传感器52之间是否可以进行信号传输，保证信号强度满足要求，使用终端6进行远程操控，保证系统能够正常运行，若不能正常运行，检查接线与配置信息是否正确，直至整个系统能够正常运行；

S400、列车通过时采集数据：检测人员在列车到来之前通过终端6远程控制数据采集器51和加速度积分型位移传感器52开机，列车通过时，通过加速度积分型位移传感器52采集相关的数据，并将其传输至数据采集器51，数据采集器51进行相应的数据采集和处理，得到处理后的数据，并将处理后的数据反馈给终端6，并在列车通过后远程关闭数据采集器51和加速度积分型位移传感器52；

S500、分析数据并编写报告：采用相关的数据分析软件进行数据分析，得到数据分析结果，并根据数据分析结果编写报告。

进一步的，所述数据采集器51进行相应的数据采集和处理，得到处理后的数据的步骤包括：

对于加速度积分型位移传感器52所测的动变形，读取相邻波峰和波谷之间的差值；

统计分析多个所述差值的均值、最大值及均方差。

对于动车组，每节车厢取一个峰值；对于货物列车，每一车型取一个峰值。

本发明易于快速安装加速度积分型位移传感器52，对不同类型传感器进行对比分析，在保证测试结果准确可靠的前提下选取易于安装的传感器，通过加速度积分型位移传感器所得动变形与传统的电涡流位移传感器所测动变形比较，见图4，二者结果基本一致，但加速度积分型位移传感器52更易于安装，不用在路基上打孔及设置支架，安全快捷，所以选用加速度积分型位移传感器52。

本发明通过终端6远程控制数据采集系统5，通过远程控制，可根据列车的实际运行时间来控制数据采集系统5的开关机，节省电量，同时避免长期开机导致系统过热.

本发明通过远距离无线传输，动态检定数据量较大，利用4G网络或者5G网络的传输快的特点，将数据采集器51接入4G路由器或者5G路由器，通过无线网络与终端6相连接，搭建成现场与终端6的远程无线连接，即可通过终端6远距离无线传输数据。

本发明通过加速度积分型位移传感器52的快捷安装、数据采集系统5的远程控制以及数据的无线传输，实现了测试现场的无人化。可以节省大量的人力，提高测试的稳定性与准确性。

综上所述，本发明提供了一种高速铁路路基动态检定系统及检测方法，包括基站、铁路网络站、无线路由器、电源、数据采集系统和终端，基站与铁路网络站之间通过信号相连接，无线路由器和数据采集系统通过信号相连接，数据采集系统包括数据采集器和加速度积分型位移传感器，加速度积分型位移传感器和数据采集器相连接，数据采集器与终端通过信号相连接，终端接收数据采集器反馈的数据，且终端控制数据采集器的启动和关闭，加速度积分型位移传感器安装于路基上表面、用于测量动变形，数据采集系统与电源电连接。本发明充分考虑高速铁路运营的严格要求，结合现场实测条件，实现传感器的快速安装、数据采集系统的远程控制、采集数据的无线传输，实现无人现场值守、安全准确的路基动态检定系统，便于检测。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种高速铁路路基动态检定系统，包括基站和铁路网络站，所述基站与铁路网络站之间通过信号相连接，其特征在于，还包括无线路由器、电源、数据采集系统和终端，所述铁路网络站和无线路由器通过信号相连接，所述无线路由器和数据采集系统通过信号相连接，所述数据采集系统包括数据采集器和加速度积分式位移传感器，所述加速度积分式位移传感器和数据采集器相连接，所述数据采集器与终端通过信号相连接，所述终端接收数据采集器反馈的数据，且终端控制数据采集器的启动和关闭，所述加速度积分式位移传感器安装于路基上表面，用于测量动变形，所述数据采集系统与电源电连接；

通过远程控制，根据列车的实际运行时间来控制数据采集系统的开关机，节省电量，同时避免长期开机导致系统过热，终端不仅可以远程控制数据采集系统的开关机，同时能接收数据采集器反馈回来的采集数据，实现远距离数据无线传输；

电源为数据采集系统进行供电，远程控制数据采集系统，用手机或电脑通过无线网络远程控制数据采集系统的开关机，能够节省电量并防止长时间开机时设备过热，结合现场实际测试条件，实现传感器的快速安装、数据采集系统的远程控制；

其中，传感器及采集设备在安装的过程中，根据确定的测点里程，在路基上选取适宜位置焊接多个加速度积分式位移传感器，并在该路段距离加速度积分式位移传感器适宜的距离内安装无线路由器，并在距离加速度积分式位移传感器和无线路由器适宜的距离内安装数据采集器；

在系统调试过程中，依次检测数据采集器、无线路由器和加速度积分式位移传感器之间是否可以进行信号传输，保证信号强度满足要求，使用终端进行远程操控，保证系统能够正常运行，若不能正常运行，检查接线与配置信息是否正确，直至整个系统能够正常运行；

在列车通过采集数据的过程中，检测人员在列车到来之前通过终端远程控制数据采集器和加速度积分式位移传感器开机，列车通过时，通过加速度积分式位移传感器采集相关的数据，并将其传输至数据采集器，数据采集器进行相应的数据采集和处理，得到处理后的数据，并将处理后的数据反馈给终端，并在列车通过后远程关闭数据采集器和加速度积分式位移传感器；

在数据采集器进行相应的数据采集和处理，得到处理后的数据的过程中，对于加速度积分式位移传感器所测的动变形，读取相邻波峰和波谷之间的差值；统计分析多个所述差值的均值、最大值及均方差；对于动车组，每节车厢取一个峰值；对于货物列车，每一车型取一个峰值。

2.根据权利要求1所述的一种高速铁路路基动态检定系统，其特征在于，所述数据采集器内安装有第一信号收发端，所述终端内安装有第二信号收发端，所述数据采集器与终端之间通过相匹配的第一信号收发端和第二信号收发端信号连接以实现数据的接收和开闭指令的发送。

3.根据权利要求2所述的高速铁路路基动态检定系统，其特征在于，所述基站与铁路网络站之间通过4G网络或者5G网络实现信号连接；所述终端为电脑或手机，所述终端与数据采集器之间通过网络通信实现信号连接；所述无线路由器为4G网络无线路由器或者5G网络无线路由器。

4.根据权利要求3所述的高速铁路路基动态检定系统，其特征在于，所述加速度积分式位移传感器的量程是0.5-1mm，分辨率≤0.2％FS且不低于0.001mm，非线性度≤5％FS；所述数据采集系统的输入物理量是电压，采样频率≥1000Hz，分辨率≤0.2％FS；工作环境为-30～+60℃。

5.根据权利要求4所述的高速铁路路基动态检定系统，其特征在于，所述加速度积分式位移传感器的量程是0.8mm，分辨率是0.1％FS且为0.001mm，非线性度是3％FS；所述数据采集系统的输入物理量是电压，采样频率是1100Hz，分辨率是0.1％FS；工作环境为10℃。

Images