CN113790763A - 一种铁路线路状态综合监测方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铁路状态监测技术领域，特别是一种铁路线路状态综合监测系统，包括铁路线路的状态监测单元，所述状态监测单元通过无线传输网络递进传输给雨棚单元，雨棚单元为无线收据接收的终点；雨棚单元将获得的传输数据通过局域网传输到检测数据中心，所述状态检测单元通过供电电源供电。本发明具有检测范围系统、适用性较强、识别方法可靠、在线监测、单元结构简单且可根据实际设备排序设置的优点。

Description

一种铁路线路状态综合监测方法与系统
技术领域
本发明涉及铁路状态监测技术领域，特别是一种铁路线路状态综合监测方法与系统。
背景技术
近年来我国铁路发展速度快、建设规模大、运营效率高，铁路客运需求逐渐增加，列车运行速度不断提高、列车运行密度进一步加大，给线路养修带来新的问题。同时，自然灾害、突发事故等情况也给铁路运输安全构成威胁，铁路运输安全问题日益凸显并越来越受到社会各界的重视，尤其是客运专线，其速度高、密度大、运送的都是人员，如果问题发生后引起运输安全事故将会造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此，监测线路状态是对线路实施科学养修的基础，是预防重大安全事故发生的有效手段之一，建立铁路线路综合监测系统，及时地监测威胁铁路线路安全的因素，促进铁路线路科学运维已成为广大线路运维人员共同的愿望。
世界工业水平不断提高以及科学技术的长足进步，为我国自主生产研发防灾安全监控系统打下了良好的基础。防灾安全监控系统广泛应用传感器技术、通信技术、数据处理技术、计算机技术、软件技术等，并涉及气象、地震、安防、建筑、机械等学科技术。
传感器是线路获取系统信息的基础器件，已广泛应用于防灾系统，负责采集铁路沿线、站房、车辆等处的各类环境信息，目前市场上的传感器种类多样、功能齐备，包括力敏传感器、热敏传感器、速度传感器、液面传感器、霍尔传感器、振动传感器、湿敏传感器、电磁传感器等，这些设备为系统构建提供了丰富的选择。通信技术实现了数据的远程传输，以及监控的远程化、实时化，计算机网络和现场总线技术不断成熟拓展，工业路由器、交换机等网络节点设备种类和功能不断完善增强，数据传输能力保证了系统的要求。
中国发明专利CN201711227352.0，公开了一种轨道系统安全状态综合监测及智能分析方法，该方法融合了三种传感监测技术，基于光纤光栅技术监测结构温度等低频数据，采用修正应力-应变技术监测钢轨横、垂向应力等高频数据，对于道岔尖轨等难以接触测量的敏感结构，利用视频感知技术观测结构大变形及表面状态，形成铁路轨道系统从外观到内在、从高频到低频的全天候系统监测。通过对采集的多源数据进行融合分析，可有效对轨道状态进行评估、诊断及预测，进而实现轨道安全状态及时预警。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种模块化且检测速度快的铁路线路状态检测方法和系统。
为解决上述技术问题，本发明包括一种铁路线路状态综合监测方法，包括以下步骤，
步骤S1：监测铁路线路中的关键状态信息；
步骤S2：将监测到的信息处理并通过无线传输方式最终传送到雨棚单元，雨棚单元通过有线方式将状态信息传送至数据中心；
步骤S3：数据中心通过终端显示获取线路状态。
优选的，所述步骤S1中铁路线路的关键状态信息包括轨道光带、轨道曲线半径、线路坡度、涵洞、隧道、桥梁、声屏障、道岔、雨棚的关键状态信息。
本发明还包括一种铁路线路状态综合监测系统，包括铁路线路的状态监测单元，所述状态监测单元通过无线传输网络递进传输给雨棚单元，雨棚单元为无线收据接收的终点；雨棚单元将获得的传输数据通过局域网传输到检测数据中心，所述状态检测单元通过供电电源供电。
优选的，所述状态监测单元包括线路区间监测模块和站内监测模块，所述区间监测模块包括光带单元、曲线半径单元、线路坡度单元、涵洞单元、隧道单元、桥梁单元、声屏障单元；所述站内监测模块包括道岔单元和雨棚单元。
优选的，每个监测单元中都包含数据采集、数据处理和数据传输三个模块，其中数据采集为特异性模块，根据单元数据采集特性设置传感器获取数据。
优选的，所述状态监测单元的供电电源采用电流感应电源、风电系统、太阳能电源系统中的一种。
优选的，每个监测单元的传感器与采集器之间采用RS485数字或4-20mA模拟量传输，统一传感器接口；采集器在需要测量时自动唤醒MCU，打开传感器电源；测量完成后进入休眠状态，关闭外设电源。
采用上述结构和方法后，本发明获取线路相应运行可能存在的风险的关键数据监测信息，并通过无线数据传输的方法将监测到的信息上传至无线传输终端雨棚单元，雨棚单元通过有线方式将监测数据上传至数据中心，数据中心通过终端显示获取直观的状态信息；另外，根据铁路运营周期需要设定不同频次的采样，达到节能，同时不降低响应速度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1 铁路线路状态智能综合监测方法工作流程图。
图2 铁路线路状态智能综合监测系统构成原理图。
图3铁路线路状态智能综合监测系统无线传输方案图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种铁路线路状态综合监测方法，包括以下步骤，
步骤S1：监测铁路线路中轨道光带、轨道曲线半径、线路坡度、涵洞、隧道、桥梁、声屏障、道岔、雨棚的关键状态信息；
步骤S2：将监测到的信息处理并通过无线传输方式最终传送到雨棚单元，雨棚单元通过有线方式将状态信息传送至数据中心；
步骤S3：数据中心通过终端显示获取线路状态。
如图2所示，本发明还包括一种铁路线路状态综合监测系统，包括铁路线路的状态监测单元，所述状态监测单元通过无线传输网络递进传输给雨棚单元，雨棚单元为无线收据接收的终点；雨棚单元将获得的传输数据通过局域网传输到检测数据中心，所述状态检测单元通过供电电源供电。其中，所述状态监测单元包括线路区间监测模块和站内监测模块，所述区间监测模块包括光带单元、曲线半径单元、线路坡度单元、涵洞单元、隧道单元、桥梁单元、声屏障单元；所述站内监测模块包括道岔单元和雨棚单元。
每个监测单元中都包含数据采集、数据处理和数据传输三个模块，其中数据采集为特异性模块，根据单元数据采集特性设置传感器获取数据。每个监测单元中的数据处理和无线数据传输为通用模块，所有检测单位配置这一模块进行数据分析与上传。其中：
光带单元中的数据采集模块主要包括钢轨位移监测和图像传感器，用来获取光带整体宽度异常、光带偏心、光带局部异常现象。
曲线半径单元中的数据采集模块包括姿态传感器，通过在测量钢轨的两端设立姿态传感器，比对静态时的姿态角度，直线度变化时，两个传感器同方向的角度将产生相向的偏移数据；在弯道区域设立差分定位，使用经纬度绘制样条曲线，从而求得弯道半径的细微变化数据；高位设置小功率微波雷达传感器照射，形成三维图，分析区域平整度，获得变化数据。
线路坡度单元中的数据采集模块主要包括倾角传感器，用来实现小载荷偏心距，轨腰应力，轨头与轨腰连接处应力及位移监测。
涵洞单元中的数据采集模块包括对积水（冰）深度、涵洞护栏、限高栏杆状态的监测。积水深度通过超声波测距传感器，测量坑内深度变化数据。设置倾角传感器来检测护栏的姿态变化。限高栏杆状态通过沿栏杆布置光纤，通过光纤传感器检测完整性。
隧道单元中的数据采集模块包括图像传感器，获取隧道中的图像信息，与正常状态进行对比，确定是否存在问题。
桥梁单元中的数据采集模块包括桥墩、桥架、桥上线路、护栏四个部分的监测。采用差分定位监测静态位置变化，采用姿态传感器监测动态变化，来获取桥墩、桥架变化数据。桥上线路平直度采用北斗差分定位，在桥头尾及中部设立，比对经纬度连线后的平直度。伸缩量采用红外测距传感器，非接触式测量。振动加速度采用振动传感器进行监测，获取数据。护栏位置变化和桥架上部防护件位置采用北斗差分定位，精确定位位置变化。桥上小部件可贴无源RFID标签，通过扫码器天线监测区域内部件是否掉落或丢失。
声屏障单元中的数据采集模块单元主要监测位置和完整性的数据信息，位置采用倾角传感器，检测每片声屏障的姿态变化。完整性通过振动传感器的振动测试数据与未损伤结构振动响应的对比分析，形成结构损伤识别数据。
雨棚单元中的数据采集模块主要有振幅传感器和测距传感器构成，获得雨棚的震动幅度信息和雨棚的位置状态。
道岔单元中的数据采集模块主要包括红外测距传感器。在路基设立基桩来安装红外测距传感器，在尖轨、心轨上安装测距靶标，静态时进行测量；通过两侧的数据求和得到轨距变化，并通过靶标转换测量，得到轨的伸缩量；通过振动传感器，动态时监测牵引点的振动频率、幅度等数据信息。
如图3所示的无线传输方案，区间线路监测单元通过无线传输的方式将区间线路各单元获得的监测数据按照距离站内由远及近的方法传递到雨棚单元，雨棚单元将所有数据通过有线传输的方式上传至数据监测中心，在显示终端存储和显示各类监测到的数据状态。其中，每个监测单元中根据待监测目标的长度再分为n个子单元（n≥1）和单元终端，在单一的监测单元中，为了降低无线传输功耗，子单元的无线数据串行发送到单元终端。并且不同单元之间的无线传输采用串行方案，如图3所示。其中系统中光带单元、曲线半径单元、线路坡度单元、涵洞单元、隧道单元、桥梁单元、声屏障单元、道岔单元雨棚监测单元9个单元的无线传输顺序由被监测线路具体情况配置，一般而言根据监测线从区间向站内由远及近设置。
供电系统根据各个单元状态采集器的功耗情况，状态监测单元的供电电源采用电流感应电源、风电系统、太阳能电源系统中的一种。根据铁路运营周期需要设定不同频次的采样，达到节能，同时不降低响应速度。采集器与传感器之间采用RS485数字或4-20mA模拟量传输，统一传感器接口。采集器在需要测量时自动唤醒MCU，打开传感器电源。测量完成后进入休眠状态，关闭外设电源。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种铁路线路状态综合监测方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤S1：监测铁路线路中的关键状态信息；
步骤S2：将监测到的信息处理并通过无线传输方式最终传送到雨棚单元，雨棚单元通过有线方式将状态信息传送至数据中心；
步骤S3：数据中心通过终端显示获取线路状态。
2.按照权利要求1所述的一种铁路线路状态综合监测方法，其特征在于：所述步骤S1中铁路线路的关键状态信息包括轨道光带、轨道曲线半径、线路坡度、涵洞、隧道、桥梁、声屏障、道岔、雨棚的关键状态信息。
3.一种铁路线路状态综合监测系统，其特征在于：包括铁路线路的状态监测单元，所述状态监测单元通过无线传输网络递进传输给雨棚单元，雨棚单元为无线收据接收的终点；雨棚单元将获得的传输数据通过局域网传输到检测数据中心，所述状态检测单元通过供电电源供电。
4.按照权利要求3所述的一种铁路线路状态综合监测系统，其特征在于：所述状态监测单元包括线路区间监测模块和站内监测模块，所述区间监测模块包括光带单元、曲线半径单元、线路坡度单元、涵洞单元、隧道单元、桥梁单元、声屏障单元；所述站内监测模块包括道岔单元和雨棚单元。
5.按照权利要求4所述的一种铁路线路状态综合监测系统，其特征在于：每个监测单元中都包含数据采集、数据处理和数据传输三个模块，其中数据采集为特异性模块，根据单元数据采集特性设置传感器获取数据。
6.按照权利要求5所述的一种铁路线路状态综合监测系统，其特征在于：所述状态监测单元的供电电源采用电流感应电源、风电系统、太阳能电源系统中的一种。
7.按照权利要求6所述的一种铁路线路状态综合监测系统，其特征在于：每个监测单元的传感器与采集器之间采用RS485数字或4-20mA模拟量传输，统一传感器接口；采集器在需要测量时自动唤醒MCU，打开传感器电源；测量完成后进入休眠状态，关闭外设电源。
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