CN111945499A - 一种监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种监测系统及其监测方法，通过在铁路路基的路肩上设置第一位移传感器和第二位移传感器对铁路路基的变形进行监测，列车的通行不影响路肩上的第一位移传感器和第二位移传感器对铁路路基的变形进行监测。因此第一位移传感器和第二位移传感器对铁路路基变形的监测不受列车通行的限制，可以对铁路路基的变进行实时监测。控制器对第一位移传感器监测到的竖向位移和第二位移传感器监测到的横向位移进行采集，并对采集到的数据进行相应的分析处理，最终达到实时监测的目的。

Description

一种监测系统及其监测方法

技术领域

本申请涉及铁路路基维修养护领域，尤其涉及一种监测系统及其监测方法。

背景技术

近年来，随着高速铁路的维修养护业务的增加，针对高速铁路的路基变形的监测需求也越来越多。现有技术尚不能对高速铁路路基变形进行实时的监测，满足不了高速铁路维修养护业务的现实需要。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种监测系统及其监测方法，以对铁路路基变形进行实时监测。

为达到上述目的，本申请实施例第一方面提供一种监测系统，用于对铁路路基进行监测，包括：

第一位移传感器，设置在所述铁路路基的路肩上，所述第一位移传感器配置为监测所述铁路路基的竖向位移；

第二位移传感器，至少部分地设置在所述路肩上，所述第二位移传感器配置为监测所述铁路路基的横向位移；以及

控制器，配置为采集所述竖向位移和所述横向位移，并对所述竖向位移和所述横向位移进行处理。

一实施例中，所述铁路路基两侧的所述路肩上均设置有所述第一位移传感器和所述第二位移传感器。

一实施例中，两侧所述第一位移传感器关于所述铁路路基的中心线对称布置，两侧所述第二位移传感器关于所述铁路路基的中心线对称布置。

一实施例中，所述第一位移传感器的数量为多个，沿所述铁路路基的长度方向，相邻两个所述第一位移传感器间隔第一预设距离；

所述第二位移传感器的数量为多个，沿所述铁路路基的长度方向，相邻两个所述第二位移传感器间隔第二预设距离。

一实施例中，所述第一预设距离为5m～10m，和/或所述第二预设距离为5m～10m。

一实施例中，沿所述铁路路基的长度方向，所述铁路路基上形成有起始监测位置、施工区域和终止监测位置，所述施工区域位于所述起始监测位置和所述终止监测位置之间；

所述起始监测位置设置有所述第一位移传感器和/或所述第二位移传感器，所述终止监测位置设置有所述第一位移传感器和/或所述第二位移传感器，所述起始监测位置和所述终止监测位置之间设置有所述第一位移传感器和/或所述第二位移传感器；

所述施工区域朝向所述起始监测位置的一端与所述起始监测位置间隔第三预设距离，所述施工区域朝向所述终点监测位置的一端与所述终点监测位置间隔第四预设距离。

一实施例中，所述第三预设距离和/或所述第四预设距离均为20m。

一实施例中，所述第一位移传感器为液压式静力水准仪，和/或，所述第二位移传感器为激光测距仪。

本申请实施例第二方面提供一种监测方法，应用于上述任一种的监测系统，所述监测方法包括以下步骤：

获取所述竖向位移和所述横向位移；

根据所述竖向位移和所述横向位移发出相应等级的预警信号。

一实施例中，获取所述竖向位移和所述横向位移的步骤，包括：

当施工时段位于天窗时段，每小时获取所述竖向位移和所述横向位移的次数为6～12次；

当施工时段为非天窗时段，每小时获取所述竖向位移和所述横向位移的次数为1～4次；

当施工结束后的预设时段内，每半个月获取1次所述竖向位移和所述横向位移，所述预设时段大于或等于3个月。

一实施例中，根据所述竖向位移和所述横向位移发出相应等级的预警信号，包括：

当任一第一位移传感器监测到的竖向位移超过第一预设位移的50％，或任一第二位移传感器监测到的横向位移超过第二预设位移的50％，发出一级预警信号；

当任一第一位移传感器监测到的竖向位移超过第一预设位移的75％，或任一第二位移传感器监测到的横向位移超过第二预设位移的75％，发出二级预警信号；

当任一第一位移传感器监测到的竖向位移超过第一预设位移，或任一第二位移传感器监测到的横向位移超过第二预设位移，发出三级预警信号。

本申请实施例的监测系统，通过在铁路路基的路肩上设置第一位移传感器和第二位移传感器对铁路路基的变形进行监测，列车的通行不影响路肩上的第一位移传感器和第二位移传感器对铁路路基的变形进行监测。因此第一位移传感器和第二位移传感器对铁路路基变形的监测不受列车通行的限制，可以对铁路路基的变进行实时监测。控制器对第一位移传感器监测到的竖向位移和第二位移传感器监测到的横向位移进行采集，并对采集到的数据进行相应的分析处理，最终达到实时监测的目的。

附图说明

图1为本申请一实施例的铁路路基和轨道板的横断面结构示意图；

图2为图1的R向视图，图中示出了第一位移传感器在路肩上的布置情况，以及第二位移传感器部分地设置在路肩上的布置情况；图中未示出铁路路基从路肩线到坡脚线的部分。

附图标记说明：铁路路基1；路肩2；轨道板3；路肩线4，坡脚线5；铁路路基的中心线6；第一位移传感器7；第二位移传感器8；施工区域9；第一预设距离D1；第二预设距离D2；第三预设距离D3；第四预设距离D4。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请描述中，“上”、“下”、“顶”、“底”、方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

本申请描述中，以图1为参考，竖向通常是指的上下方向。

本申请描述中，横向通常是指与路基的延伸方向以及竖向均垂直的方向，即铁路路基1的宽度方向。示例性的，以图1为参考，图1展示出了双向的轨道结构，横向通常是指两轨道板3间隔排列的方向。

在本申请描述中，以图1为参考，路肩线4通常是指铁路路基1的顶面与铁路路基1的斜坡面的相交线。

在本申请描述中，路肩2通常是指铁路路基1上轨道板3与相应侧的路基线之间的部分。以图1为参考，图1展示出了双向的轨道结构，左侧路肩2为铁路路基1上左侧轨道板3与左侧路肩线4之间的部分，右侧路肩2为铁路路基1上右侧轨道板3与右侧路肩线4之间的部分。

对于单向轨道而言，其中一侧路肩2为铁路路基1上轨道板3与其中一侧的路肩线4之间的部分，另一个路肩2为铁路路基1上轨道板3与另一侧的路肩线4之间的部分。

本申请描述中，天窗时间在本领域特指针对需要维修养护的铁路路基1施工区域的非通车时段。示例性的，天窗时间通常在一天当中的0点到凌晨04点，除此之外，一天当中的其它时段为非天窗时间。

本申请描述中，关于数据获取的次数，次数n次是指的控制器对所有第一位移传感器和所有第二位移传感器进行n次采集。例如，当n为1，获取一次数据指的是控制器对所有第一位移传感器获取1次竖向位移数据，且控制器对所有第二位移传感器获取1次横向位移数据。

作为本申请发明创造性构思的一部分，在描述本申请的实施例之前，需对现有技术难以进行实时监测的原因进行分析，通过合理分析得出本申请实施例的技术方案。

铁路的维修养护通常是在施工区域内逐个横断面进行的，现有技术中，一般的监测采用水准仪、全站仪等设备对高速铁路路基的变形进行测量，需要安排专业测量人员利用天窗点时间进行，无法对高速铁路路基变形进行实时的监测，否则列车通行会影响测量人员安全。轨道结构通常包括轨道板、位于轨道板上方的轨道以及位于轨道板下方的支撑层，铁路路基在支撑层的下方。列车一般通行在轨道结构上，虽然列车不会通过路肩，但由于路肩一般都比较窄，与轨道板较为接近，当轨道结构上有列车通行，即使测量人员在不通车的路肩上进行测量，也存在较大的安全隐患，因此，测量人员一般只在天窗时段进行监测。然而，路肩上虽然不利于测量人员利用全站仪等测量设备进行现场操作测量，却不影响监测装置的布置，如果这些监测装置自动进行相关参数的测量并将相关数据采集反馈，那在路肩上布置监测装置，不仅不存在测量人员的安全隐患问题，而且由于路肩离轨道结构较近，更能真实地反映轨道结构跟随铁路路基的变形而相应发生变形的情况。

鉴于此，本申请实施例一方面提供一种监测系统，请参阅图1和图2，包括第一位移传感器7、第二位移传感器8以及控制器。第一位移传感器7设置在铁路路基1的路肩2上，第一位移传感器7配置为监测铁路路基1的竖向位移。第二位移传感器8至少部分地设置在路肩2上，第二位移传感器8配置为监测铁路路基1的横向位移。控制器配置为采集竖向位移和横向位移，并对竖向位移和横向位移进行处理。

由于第一位移传感器7和第二位移传感器8设置在路肩2上，当列车通行在轨道结构上，不会对第一位移传感器7和第二位移传感器8造成破坏，第一位移传感器7能够将铁路路基1变形的竖向位移转换成电信号并通过控制器进行采集，第二位移传感器8能够将铁路路基1变形的横向位移转换成电信号并通过控制器进行采集，不需要测量人员现场干预操作，即使轨道结构上列车通车，也不会造成测量人员处于存在安全隐患的环境中的问题，且通过第一位移传感器7、第二位移传感器8和控制器能够实现铁路路基1变形的实时采集监测，不受天窗段和非天窗时段的影响。

本申请实施例的监测系统基本上能够实现全天24小时监测。

一实施例中，第一位移传感器7可以为液压式静力水准仪。

一实施例中，第二位移传感器8可以为激光测距仪。

一实施例中，激光测距仪包括光靶和激光收发器，光靶设置在路肩2上，激光收发器设置在光靶所在路肩2相应侧的坡脚线5背离光靶的一侧，即激光收发器沿横向位于铁路路基1之外。激光收发器向光靶发射激光束，并接收从光靶反射的激光束，进而根据反射的激光束测量相应的横向位移。

一实施例中，请参阅图1和图2，铁路路基1两侧的路肩2上均设置有第一位移传感器7和第二位移传感器8。如此结构形式，两侧的路肩2上均能够同时监测竖向位移和横向位移，能够对路基的变形情况进行较为全面的监测。

一实施例中，每侧路肩上的第一位移传感器7和第二位移传感器8的数量相等，每一个第一位移传感器7对应设置一个第二位移传感器8。

一实施例中，可以在铁路路基1一侧的路肩2上设置第一位移传感器7，在铁路路基1另一侧的路肩2上设置第二位移传感器8。

一实施例中，可以在铁路路基1一侧的路肩2上设置第一位移传感器7和第二位移传感器8，在铁路路基1另一侧的路肩2上设置第一位移传感器7或第二位移传感器8。

一实施例中，请参阅图1和图2，当铁路路基1两侧的路肩2上均设置有第一位移传感器7和第二位移传感器8，两侧第一位移传感器7关于铁路路基的中心线6对称布置，两侧第二位移传感器8关于铁路路基的中心线6对称布置。可以理解的是，铁路的轨道结构通常也是对称结构，且通常轨道结构关于铁路路基的中心线6对称，第一位移传感器7和第二位移传感器8的上述对称布置的形式与轨道结构的对称布置较为契合，使得测量点位的布局更为合理。

一实施例中，两侧第一位移传感器7也可以不关于铁路路基的中心线6对称布置。

一实施例中，两侧第二位移传感器8也可以不关于铁路路基的中心线6对称布置。

一实施例中，请参阅图1和图2，第一位移传感器7的数量为多个，沿铁路路基1的长度方向，相邻两个第一位移传感器7间隔第一预设距离D1。第二位移传感器8的数量为多个，沿铁路路基1的长度方向，相邻两个第二位移传感器8间隔第二预设距离D2。如此结构形式，使得第一位移传感器7沿铁路路基1的长度方向较为均匀的布置，第二位移传感器8沿铁路路基1的长度方向较为均匀的布置，施工区域9内数据获取的位置较为均匀合理。

一实施例中，第一预设距离D1为5m～10m，和/或第二预设距离D2为5m～10m。如此，间隔距离的合理设置使得在满足施工区域9范围内的竖向位移和横向位移的监测要求的前提下，能够尽量减少第一位移传感器7和第二位移传感器8的使用量。示例性的，第一预设距离D1可以为5m、7m或10m，第二预设距离D2可以为5m、7m或10m。

一实施例中，第一预设距离D1也可以根据实际需求设置，例如，第一预设距离D1可以为3m。

一实施例中，第二预设距离D2也可以根据实际需求设置，例如，第二预设距离D2可以为12m。

一实施例中，多个第一位移传感器7也可以沿铁路路基1的长度方向非等间距地设置。

一实施例中，多个第二位移传感器8也可以沿铁路中基的长度方向非等间距地设置。

一实施例中，请参阅图2，沿铁路路基1的长度方向，铁路路基1上形成有起始监测位置，施工区域9和终止监测位置，所述施工区域9位于所述起始监测位置和所述终止监测位置之间。起始监测位置设置有第一位移传感器7和/或第二位移传感器8，终止监测位置设置有第一位移传感器7和/或第二位移传感器8，起始监测位置和终止监测位置之间设置有所述第一位移传感器7和/或所述第二位移传感器8。施工区域9朝向起始监测位置的一端与起始监测位置间隔第三预设距离D3，施工区域9朝向终点监测位置的一端与终点监测位置间隔第四预设距离D4。可以理解的是，施工区域9外与施工区域9相邻的区域，可能会受到施工区域9施工的影响，也有发生变形的可能，因此，通过对施工区域9外一定范围内的区域进行竖向位移和横向位移的监测，能够进一步确保对铁路路基1变形的监测的全面性。

一实施例中，请参阅图2，起始监测位置设置有第一位移传感器7，终止监测位置设置有第二位移传感器8。

一实施例中，当第一位移传感器7为液压式静力水准仪，第二位移传感器8为激光测距仪，激光测距仪包括光靶和激光收发器，可以将液压式静力水准仪布置在路肩2的顶表面，光靶设置在液压式静力水准仪的上方。如此，在一个监测位置可以设置第一位移传感器7和第二位移传感器8。示例性地，在起始监测位置作这样的布置，使得起始监测位置设置有第一位移传感器7和第二位移传感器8；在终止监测位置作这样的布置，使得终止监测位置设置有第一位移传感器7和第二位移传感器8。

一实施例中，第三预设距离D3和/或第四预设距离D4均为20m。如此，在施工区域9外与施工区域9相邻的较合理范围内的区域仍进行竖向位移和横向位移监测，在满足监测要求的前提下，能够减少第一位移传感器7和第二位移传感器8布置的数量，避免布置过多的第一位移传感器7和第二位移传感器8致使监测成本较高。

一实施例中，第三预设距离D3可以根据实际情况设置。示例性地，第三预设距离D3可以为25m。

一实施例中，第四预设距离D4可以根据实际情况设置。示例性地，第四预设距离D4可以为23m。

一实施例中，监测系统还包括太阳能供电装置，能够为控制器、第一位移传感器7和第二位移传感器8等供电，达到节能降耗的目的。

本申请实施例第二方面提供一种监测方法，应用于上述任一种的监测系统，监测方法包括以下步骤：

获取竖向位移和横向位移；

根据竖向位移和横向位移发出相应等级的预警信号。

由于控制器可以采集第一位移传感器7测得的竖向位移和第二位移传感器8测得的横向位移，因而能够获取铁路路基1变形形成的竖向位移和横向位移，实现对铁路路基1的实时监测。根据竖向位移和横向位移就能够对铁路路基1的变形情况进行评估，从而能够对一些异常情况进行预警，发出相应等级的预警信号，有利于施工现场根据相应等级的预警信号采取相应的措施，排除异常情况，恢复正常施工，提高现场施工的安全性。

一实施例中，获取竖向位移和横向位移的步骤，包括：当施工时段位于天窗时段，每小时获取竖向位移和横向位移的次数为6～12次；当施工时段为非天窗时段，每小时获取竖向位移和横向位移的次数为1～4次；当施工结束后的预设时段内，每半个月获取1次竖向位移和横向位移，预设时段大于或等于3个月。如此，根据不同时段的监测需要适时调整监测频率，在满足监测要求的前提下，减少对监测系统的资源占用。

一实施例中，当施工时段位于天窗时段，每小时获取竖向位移和横向位移的次数可以为6次、10次或12次。

一实施例中，当施工时段为非天窗时段，每小时获取竖向位移和横向位移的次数可以为1次、2次或4次。

一实施例中，根据竖向位移和横向位移发出相应等级的预警信号，包括：当任一第一位移传感器7监测到的竖向位移超过第一预设位移的50％，或任一第二位移传感器8监测到的横向位移超过第二预设位移的50％，发出一级预警信号；当任一第一位移传感器7监测到的竖向位移超过第一预设位移的75％，或任一第二位移传感器8监测到的横向位移超过第二预设位移的75％，发出二级预警信号；当任一第一位移传感器7监测到的竖向位移超过第一预设位移，或任一第二位移传感器8监测到的横向位移超过第二预设位移，发出三级预警信号。如此，通过竖向位移的大小和横向位移的大小，将铁路路基1的变形情况分别三个异常等级，每个异常等级对应设置预警信号，有关人员接收到相应等级的预警信号，就能够知道铁路路基1的变形严重到了哪个异常等级的程度，并分级采取措施。

具体地，当有关人员接收到一级预警信号，立即停止施工，查明异常原因并排除异常后，可以恢复施工。当有关人员接收到二级预警信号，立即停止施工，并向项目领导小组、相应的综合维修工区以及线路车间汇报情况，采取紧急处理措施。当有关人员接收到三级预警信号，立即停止施工，并向项目领导小组、相应的综合维修工区以及线路车间汇报情况，启动应急抢险程序，并采取紧急处理措施。

一实施例中，第一预设位移和/或第二预设位移可以为2mm。此具体位移值是根据轨道板3扣件的可调整量而设置。

一实施例中，第一预设位移和/或第二预设位移可以根据实际监测需求设置，并不局限于2mm。

轨道板3设置在铁路路基1上，轨道板3通常会跟随铁路路基1一起发生相应的变形，铁路路基1的变形能够在一定程度上反映轨道板3的变形，按上述三个异常等级监测并控制铁路路基1的变形量，能够防止轨道板3与支撑层发生分离，以及防止轨道板3因变形严重而出现裂纹的情况。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种监测系统，用于对铁路路基进行监测，其特征在于，包括：

第一位移传感器，设置在所述铁路路基的路肩上，所述第一位移传感器配置为监测所述铁路路基的竖向位移；

第二位移传感器，至少部分地设置在所述路肩上，所述第二位移传感器配置为监测所述铁路路基的横向位移；以及

控制器，配置为采集所述竖向位移和所述横向位移，并对所述竖向位移和所述横向位移进行处理。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述铁路路基两侧的所述路肩上均设置有所述第一位移传感器和所述第二位移传感器。

3.根据权利要求2所述的监测系统，其特征在于，两侧所述第一位移传感器关于所述铁路路基的中心线对称布置，两侧所述第二位移传感器关于所述铁路路基的中心线对称布置。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述第一位移传感器的数量为多个，沿所述铁路路基的长度方向，相邻两个所述第一位移传感器间隔第一预设距离；

所述第二位移传感器的数量为多个，沿所述铁路路基的长度方向，相邻两个所述第二位移传感器间隔第二预设距离。

5.根据权利要求4所述的监测系统，其特征在于，所述第一预设距离为5m～10m，和/或所述第二预设距离为5m～10m。

6.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，沿所述铁路路基的长度方向，所述铁路路基上形成有起始监测位置、施工区域和终止监测位置，所述施工区域位于所述起始监测位置和所述终止监测位置之间；

所述起始监测位置设置有所述第一位移传感器和/或所述第二位移传感器，所述终止监测位置设置有所述第一位移传感器和/或所述第二位移传感器，所述起始监测位置和所述终止监测位置之间设置有所述第一位移传感器和/或所述第二位移传感器；

所述施工区域朝向所述起始监测位置的一端与所述起始监测位置间隔第三预设距离，所述施工区域朝向所述终点监测位置的一端与所述终点监测位置间隔第四预设距离。

7.根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于，所述第三预设距离和/或所述第四预设距离均为20m。

8.根据权利要求1～7任一项所述的监测系统，其特征在于，所述第一位移传感器为液压式静力水准仪，和/或，所述第二位移传感器为激光测距仪。

9.一种监测方法，应用于权利要求1～8任一项所述的监测系统，其特征在于，所述监测方法包括以下步骤：

获取所述竖向位移和所述横向位移；

根据所述竖向位移和所述横向位移发出相应等级的预警信号。

10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于，获取所述竖向位移和所述横向位移的步骤，包括：

当施工时段位于天窗时段，每小时获取所述竖向位移和所述横向位移的次数为6～12次；

当施工时段为非天窗时段，每小时获取所述竖向位移和所述横向位移的次数为1～4次；

当施工结束后的预设时段内，每半个月获取1次所述竖向位移和所述横向位移，所述预设时段大于或等于3个月。

11.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于，根据所述竖向位移和所述横向位移发出相应等级的预警信号，包括：

当任一第一位移传感器监测到的竖向位移超过第一预设位移的50％，或任一第二位移传感器监测到的横向位移超过第二预设位移的50％，发出一级预警信号；

当任一第一位移传感器监测到的竖向位移超过第一预设位移的75％，或任一第二位移传感器监测到的横向位移超过第二预设位移的75％，发出二级预警信号；

当任一第一位移传感器监测到的竖向位移超过第一预设位移，或任一第二位移传感器监测到的横向位移超过第二预设位移，发出三级预警信号。

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