CN114537466B - 高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法。该系统包括：振动监测模块、温度监测模块和数据处理模块；振动监测模块设置在铁路轨道的路基上，用于在列车经过时监测铁路轨道的振动信息，并将振动信息发送至数据处理模块；温度监测模块设置在铁路轨道的混凝土支撑层上，用于监测铁路轨道的温度信息，并将温度信息发送至数据处理模块；数据处理模块用于根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量；以及，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。本发明能够对高速铁路无砟轨道的轨道板变形及损伤进行实时准确监测。

Description

高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法
技术领域
本发明涉及铁路轨道监测技术领域，尤其涉及一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法。
背景技术
高速铁路的无砟轨道是保证高速铁路可靠运行的重要轨道结构。
然而，无砟轨道的轨道板在受到温度和列车荷载作用时会产生变形，随着运行时间的增加，轨道板变形将演变为翘曲、开裂、脱离等各种形式的损伤，这些类型的损伤一旦达到一定程度，将严重影响高速铁路轨道结构的稳定性和使用性能。因此，对无砟轨道的轨道板变形及损伤进行实时准确监测，对保证列车安全运行具有重要意义。
发明内容
本发明实施例提供了一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统及方法，以对高速铁路无砟轨道的轨道板变形及损伤进行实时准确监测。
第一方面，本发明实施例提供了一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，包括：
振动监测模块、温度监测模块和数据处理模块；
振动监测模块设置在铁路轨道的路基上，用于在列车经过时监测铁路轨道的振动信息，并将振动信息发送至数据处理模块；
温度监测模块设置在铁路轨道的混凝土支撑层上，用于监测铁路轨道的温度信息，并将温度信息发送至数据处理模块；
数据处理模块用于根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量；以及，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。
在一种可能的实现方式中，数据处理模块用于：
根据振动信息确定列车的行驶速度；
计算行驶速度与两节相邻车厢间的中心距离的比值，得到列车的振动频率，并将振动频率所在的频带确定为特征频带。
在一种可能的实现方式中，数据处理模块用于：
对振动信息进行小波包分析，得到振动信息的总能量；其中，总能量为多个不同频带的频带能量累加和；
从总能量中提取特征频带的频带能量；
将特征频带的频带能量与总能量的比值作为第一指标，并根据温度信息对第一指标进行调整，得到第二指标；
判断第二指标与预设的标准指标的大小关系，若第二指标大于标准指标，则判定铁路轨道受损，若第二指标不大于标准指标，则判定铁路轨道未受损。
在一种可能的实现方式中，振动监测模块包括：
多个振动加速度传感器；
多个振动加速度传感器按照铁路轨道的方向依次排列在铁路轨道的路基上，且各个振动加速度传感器之间相隔预设距离；
多个振动加速度传感器用于监测铁路轨道的振动加速度，并将振动加速度作为振动信息发送至数据处理模块。
在一种可能的实现方式中，数据处理模块还用于：
以任意一个振动加速度的幅值大于预设阈值的时刻作为列车到达时刻；
以所有振动加速度的幅值均小于预设阈值的时刻作为列车离开时刻；
根据列车到达时刻和列车离开时刻计算列车的行驶速度
Figure BDA0003521533460000021
式中，v为列车的行驶速度，n为振动加速度传感器的数量，L为预设距离，t2为列车离开时刻，t1为列车到达时刻，l为列车的长度。
在一种可能的实现方式中，预设阈值为各个振动加速度对应的噪声幅值的20％。
在一种可能的实现方式中，振动加速度传感器为宽频带光纤振动加速度传感器，宽频带光纤振动加速度传感器采集铁路轨道的振动加速度信号；
相应的，振动监测模块还包括：
加速度信号解调仪；
加速度信号解调仪对宽频带光纤振动加速度传感器采集的振动加速度信号进行解调，得到铁路轨道的振动加速度，并将振动加速度作为振动信息发送至数据处理模块。
在一种可能的实现方式中，温度监测模块包括：
分布式温度感测光纤和分布式光纤测温主机；
分布式温度感测光纤用于采集铁路轨道的温度信号；
分布式光纤测温主机用于从温度信号中提取铁路轨道的温度信息，并将温度信息发送至数据处理模块。
第二方面，本发明实施例提供了一种高速铁路轨道结构变形损伤监测方法，该方法应用于上述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，该方法包括：
监测列车经过时铁路轨道的振动信息；
监测铁路轨道的温度信息；
根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量；以及，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。
在一种可能的实现方式中，根据振动信息确定特征频带，包括：
根据振动信息确定列车的行驶速度；
计算行驶速度与两节相邻车厢间的中心距离的比值，得到列车的振动频率，并将振动频率所在的频带确定为特征频带。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明实施例提供的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，通过监测列车经过时铁路轨道的振动信息和温度信息，根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。区别于现有技术中通过分析振动信息的幅值或固定频带特征的方法，本发明实施例一方面根据振动信息动态选择特征频带，另一方面从振动信息中提取特征频带对应的频带能量作为损伤判断指标，能够准确检测出高速铁路无砟轨道的轨道板变形及损伤。并且，本发明实施例还进一步将该损伤判断指标与温度信息结合进行分析，充分考虑温度因素对轨道板的影响，进一步提高轨道板变形及损伤的检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的铁路轨道结构及系统布置示意图；
图3是本发明实施例提供的高速铁路轨道结构变形损伤监测方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，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，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
目前，对高速铁路无砟轨道的轨道板变形及损伤监测主要采用位移或应变的方式。例如，中国铁路上海局为研究轨道板在温度作用下的变形规律，采用位移传感器对轨道板板角、板中等多点位的竖向位移进行了长期的监测及统计分析；中国铁道科学研究院在轨道板测面纵向布设应变传感器，当轨道板发生上拱时，检测轨道板与底座板(支承层)之间产生相对位移从而引起的应变变化。然而，使用位移或应变的方法来检测无砟轨道的轨道板内部和全局的变形及损伤是困难的。
列车诱导振动响应监测方法不受工作时间的限制、不影响列车运行，被认为是一种实时、全局的无损监测技术。该方法的原理是变形或损伤会改变轨道板的物理特性和动力特性。近年来，基于车致振动响应的无砟轨道板变形或损伤监测已开展了多项研究。然而，在高速铁路运行过程中，电力电子、磁性断路器等因素加剧了传统振动传感器的电磁干扰，限制了列车振动响应的长期实时监测；另外，现有技术主要采用时域分析和频域分析的方法，但是车致振动响应是一个多频信号叠加的结果，包含了轮距、前车与后车之间相邻转向架的中心距离、单车厢内两个转向架中心距和两节相邻车厢的中心距引起的基频信号，以及上述4种信号相互增强或抑制的倍频信号，因此通过幅值分析或固定频带特征分析的方法无法准确反应车致振动响应的特征。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。
图1为本发明实施例提供的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统的结构示意图。参照图1，该高速铁路轨道结构变形损伤监测系统10包括：
振动监测模块11、温度监测模块12和数据处理模块13。
振动监测模块11设置在铁路轨道的路基上，用于在列车经过时监测铁路轨道的振动信息，并将振动信息发送至数据处理模块13。
温度监测模块12设置在铁路轨道的混凝土支撑层上，用于监测铁路轨道的温度信息，并将温度信息发送至数据处理模块13。
数据处理模块13用于根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量；以及，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。
在本发明实施例中，高速铁路无砟轨道的轨道板作为被测对象，当列车经过时诱导其发生振动，振动信号由设置在铁路轨道路基上的振动监测模块11实时感测。温度监测模块12设置在铁路轨道的混凝土支撑层上，能够感知铁路轨道的温度。数据处理模块13可以为处理芯片，其能够根据振动信息动态确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量；以及，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。
可见，本发明实施例提供的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，通过监测列车经过时铁路轨道的振动信息和温度信息，根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。区别于现有技术中通过分析振动信息的幅值或固定频带特征的方法，本发明实施例一方面根据振动信息动态选择特征频带，另一方面从振动信息中提取特征频带对应的频带能量作为损伤判断指标，能够准确检测出高速铁路无砟轨道的轨道板变形及损伤。并且，本发明实施例还进一步将该损伤判断指标与温度信息结合进行分析，充分考虑温度因素对轨道板的影响，进一步提高轨道板变形及损伤的检测精度。
可选的，在一种可能的实现方式中，数据处理模块13用于：
根据振动信息确定列车的行驶速度；
计算行驶速度与两节相邻车厢间的中心距离的比值，得到列车的振动频率，并将振动频率所在的频带确定为特征频带。
在本发明实施例中，车致振动响应是一个多频信号叠加的结果，包含了轮距引起的基频信号f1、前车与后车之间相邻转向架的中心距离引起的基频信号f2、单车厢内两个转向架中心距引起的基频信号f3、两节相邻车厢的中心距引起的基频信号f4以及上述4种信号相互增强或抑制的倍频信号。各个基频信号均具有以下关系：
Figure BDA0003521533460000071
式中，v为列车的行驶速度，Li为高铁列车的特征长度，L1为轮距、L2为前一节车厢与后一节车厢之间相邻转向架的中心距离、L3为单车厢内两个相邻转向架中心距、L4为两节相邻车厢的中心距。
其中，f4为主导频率，而f1、f2、f3及其倍频会引起调制效应，导致优势频点振幅的增强或抑制。因此，本发明实施例在分析特征能量指标时为了避免调制效应，以f4所在频带作为特征频带，并且根据列车经过时行驶速度的不同动态选择特征频带，避免了多种基频信号相互叠加对损伤识别的影响，提高了轨道板变形及损伤的检测精度。
可选的，在一种可能的实现方式中，数据处理模块13用于：
对振动信息进行小波包分析，得到振动信息的总能量；其中，总能量为多个不同频带的频带能量累加和；
从总能量中提取特征频带的频带能量；
将特征频带的频带能量与总能量的比值作为第一指标，并根据温度信息对第一指标进行调整，得到第二指标；
判断第二指标与预设的标准指标的大小关系，若第二指标大于标准指标，则判定铁路轨道受损，若第二指标不大于标准指标，则判定铁路轨道未受损。
在本发明实施例中，采用小波包分析的方法提取特征频带，使用具有任意时频分辨率的冗余基的丰富库，将原始信号的复杂结构在频域内转化为简单的能量结构，显著减少了信息量，但保留了被测结构的相关信息。
对车致振动信号(振动信息)进行小波包分解，得到的总能量如下：
Figure BDA0003521533460000081
可以看出，信号的总能量是小波包各分量在不同频带内的能量之和，第一指标可用特征频带能量与总能量的比值来表示。示例性的，以采样率1000Hz为例，选择小波包分解层数为16，则共分为256个小波包，每个包的频率分辨率约为0.12Hz，CRH380系列高铁列车的相邻两辆车的中心距离为25m，车速为10.98km/h，则对应动态调整的特征频带应为0.49Hz，通过计算特征频带能量与信号总能量的比值，得到第一指标。
进一步，考虑到随着日温度载荷和季节温度荷载的变化，温度应力经历拉压循环，导致轨道板分层甚至破坏，轨道板的变形与损伤削弱了其与CA砂浆层的粘结，导致轨道振动的衰减，进而导致轨道板低频范围内的加速度幅值增加。轨道板与CA砂浆层之间存在一定的间隙，当火车车轮经过时，对轨道板的悬空部分进行激励，使其产生低频振动，因此轨道板在低频范围内的振动大大增加，这导致低频的信号能量增加。温度作为典型的环境干扰因素影响轨道结构变形和损伤的识别。
本发明实施例预先建立了轨道板无损伤情形时不同温度载荷下的振动响应特征数据库，以确定不同温度载荷对轨道板振动响应特征的影响，进而通过实测温度对第一指标进行调整，得到第二指标，若第二指标大于标准指标，则判定铁路轨道的轨道板受损，若第二指标不大于标准指标，则判定铁路轨道的轨道板未受损。
可选的，在一种可能的实现方式中，振动监测模块11包括：
多个振动加速度传感器；
多个振动加速度传感器按照铁路轨道的方向依次排列在铁路轨道的路基上，且各个振动加速度传感器之间相隔预设距离；
多个振动加速度传感器用于监测铁路轨道的振动加速度，并将振动加速度作为振动信息发送至数据处理模块。
可选的，在一种可能的实现方式中，数据处理模块13还用于：
以任意一个振动加速度的幅值大于预设阈值的时刻作为列车到达时刻；
以所有振动加速度的幅值均小于预设阈值的时刻作为列车离开时刻；
根据列车到达时刻和列车离开时刻计算列车的行驶速度
Figure BDA0003521533460000091
式中，v为列车的行驶速度，n为振动加速度传感器的数量，L为预设距离，t2为列车离开时刻，t1为列车到达时刻，l为列车的长度。
可选的，在一种可能的实现方式中，预设阈值为各个振动加速度对应的噪声幅值的20％。
在本发明实施例中，通过将多个振动加速度传感器按照铁路轨道的方向均匀排列在铁路轨道的路基上，既能够监测各段铁路轨道的振动信息，还能够计算出列车经过时的行驶速度，不用再额外检测列车速度，降低了成本。
可选的，在一种可能的实现方式中，振动加速度传感器包括但不局限于宽频带光纤振动加速度传感器，宽频带光纤振动加速度传感器采集铁路轨道的振动加速度信号。
相应的，振动监测模块11还包括：
加速度信号解调仪。
加速度信号解调仪对宽频带光纤振动加速度传感器采集的振动加速度信号进行解调，得到铁路轨道的振动加速度，并将振动加速度作为振动信息发送至数据处理模块13。
在本发明实施例中，考虑到在高速铁路运行过程中电力电子、磁性断路器等因素加剧了传统振动传感器的电磁干扰，限制了列车振动响应的长期实时监测，因此本发明实施例采用宽频带光纤振动加速度传感器。宽频带光纤加速度传感器基于非平衡迈克尔逊干涉仪原理，在传感器内部，两个具有支撑质量的夹紧金属膜片和活动盖构成加速度计的传感元件。迈克尔逊干涉仪的光纤传感臂以一定的预应力缠绕在上动盖和下固定盖表面。当传感器加速时，所支撑的质量会相对于底座产生位移，并使金属膜片变形，从而造成缠绕在上下眼睑表面的光纤压缩或延伸。这种效应产生光纤长度的变化，导致光纤干涉仪的相位偏移。根据无砟轨道路基的尺寸和列车安全运行的要求，在无砟轨道路基上布置宽频带光纤加速度传感器以监测车致振动响应。
加速度信号解调仪能够从宽频带光纤振动加速度传感器输出的光信号中提取加速度信号，其主要由光纤激光器、耦合器、光电探测器、模数转换器、现场可编程门阵列组成。采用正弦波驱动数模转换器调制窄线宽光纤激光器，采用空分多路复用技术扩展系统的信道数，实现远距离分布式测量。干涉信号由光电探测器接收。光电探测器的输出电路采用多通道模数转换器进行数字化处理。在现场可编程门阵列信号处理模块上实现了相位解调算法，最后提取了加速度，实现相位到振动加速度的实时转换和数据存储。
可选的，在一种可能的实现方式中，温度监测模块12包括但不局限于：
分布式温度感测光纤和分布式光纤测温主机。
分布式温度感测光纤用于采集铁路轨道的温度信号。
分布式光纤测温主机用于从温度信号中提取铁路轨道的温度信息，并将温度信息发送至数据处理模块13。
在本发明实施例中，分布式温度感测光纤用于测量轨道附近的温度，分布式光纤测温主机用于从分布式温度感测光纤输出的光信号中提取温度信息。分布式光纤测温主机的原理是在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，激光在光纤中向前传播时将自发产生拉曼散射光波，拉曼散射光波的强度受所在光纤散射点的温度影响而有所改变，通过获取沿光纤散射回来的背向拉曼光波，可以解调出光纤散射点的温度变化。根据光纤中光波的传输速度与时间的物理关系，可以对温度信息点进行定位。由于背向拉曼散射光波的强度非常微弱，因此需要采用先进的高频信号采集技术和微弱信号处理技术，经过光学滤波、光电转换、放大、模数转换后，送入信号处理器，解调出光纤各测温点的温度值。
为了便于理解，基于以上内容，本发明实施例提供了铁路轨道结构及系统布置示意图，参照图2：
轨道板(1)，是无砟轨道结构的一部分，无砟轨道结构铺设在高速铁路上，为层合结构，由轨道及扣件系统、混凝土轨道板、水泥沥青砂浆层、混凝土支撑层、路基自上而下组成。这些轨道结构构件构成了一个完整的机械传递系统，将列车诱导的振动从上到下均匀地传递到基础结构。在轨道板变形的情况下，随着时间的推移，该轨道结构的传力系统的完整性可能会恶化，从而导致轨道结构中的振动分布发生变化。
无砟轨道的轨道板(1)作为被测对象，当高铁列车经过时诱导其发生振动，振动信号由均匀设置在路基(4)上的宽频带光纤加速度传感器(3)实时感测，宽频带光纤加速度传感器(3)输出的光信号通过加速度信号解调仪(5)实现加速度信号的提取。分布式温度感测光纤(7)铺设在混凝土支承层(2)上，用于感知轨道的温度，分布式光纤测温主机(6)从分布式温度感测光纤(7)输出的光信号中提取温度信息。
另外，在本发明实施例中，可以对加速度信号进行降采样，以减小计算量，提高算法的实时性。加速度信号解调仪(5)和分布式光纤测温主机(6)同步运行，并且通过网络精准对时，提高检测精度。宽频带光纤加速度传感器(3)与路基(4)具有良好的耦合，保证车致振动信号完整感测。分布式温度感测光纤(7)与混凝土支承层(2)具有良好的耦合，保证温度的准确测量。
本发明实施例提供了一种高速铁路轨道结构变形损伤监测方法，该方法应用于上述任一实施例中的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统。如图3所示，该方法包括：
S301、监测列车经过时铁路轨道的振动信息。
S302、监测铁路轨道的温度信息。
S303、根据振动信息确定特征频带，并从振动信息中提取特征频带对应的频带能量；以及，根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损。
可选的，在一种可能的实现方式中，根据振动信息确定特征频带，可以详述为：
根据振动信息确定列车的行驶速度；
计算行驶速度与两节相邻车厢间的中心距离的比值，得到列车的振动频率，并将振动频率所在的频带确定为特征频带。
可选的，在一种可能的实现方式中，从振动信息中提取特征频带对应的频带能量，以及根据特征频带对应的频带能量和温度信息，判断铁路轨道是否受损，可以详述为：
对振动信息进行小波包分析，得到振动信息的总能量；其中，总能量为多个不同频带的频带能量累加和；
从总能量中提取特征频带的频带能量；
将特征频带的频带能量与总能量的比值作为第一指标，并根据温度信息对第一指标进行调整，得到第二指标；
判断第二指标与预设的标准指标的大小关系，若第二指标大于标准指标，则判定铁路轨道受损，若第二指标不大于标准指标，则判定铁路轨道未受损。
可选的，在一种可能的实现方式中，振动信息包括排列在铁路轨道的路基上且相隔预设距离的多个振动加速度传感器监测的振动加速度，相应的，根据振动信息确定列车的行驶速度，可以详述为：
以任意一个振动加速度的幅值大于预设阈值的时刻作为列车到达时刻；
以所有振动加速度的幅值均小于预设阈值的时刻作为列车离开时刻；
根据列车到达时刻和列车离开时刻计算列车的行驶速度
Figure BDA0003521533460000121
式中，v为列车的行驶速度，n为振动加速度传感器的数量，L为预设距离，t2为列车离开时刻，t1为列车到达时刻，l为列车的长度。
可选的，在一种可能的实现方式中，预设阈值为各个振动加速度对应的噪声幅值的20％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，包括：
振动监测模块、温度监测模块和数据处理模块；
所述振动监测模块设置在铁路轨道的路基上，用于在列车经过时监测所述铁路轨道的振动信息，并将所述振动信息发送至所述数据处理模块；
所述温度监测模块设置在所述铁路轨道的混凝土支撑层上，用于监测所述铁路轨道的温度信息，并将所述温度信息发送至所述数据处理模块；
所述数据处理模块用于根据所述振动信息确定所述列车的行驶速度；计算所述行驶速度与两节相邻车厢间的中心距离的比值，得到所述列车的振动频率，并将所述振动频率所在的频带确定为特征频带，并从所述振动信息中提取所述特征频带对应的频带能量；以及，根据所述特征频带对应的频带能量和所述温度信息，判断所述铁路轨道是否受损。
2.如权利要求1所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述数据处理模块用于：
对所述振动信息进行小波包分析，得到所述振动信息的总能量；其中，所述总能量为多个不同频带的频带能量累加和；
从所述总能量中提取所述特征频带的频带能量；
将所述特征频带的频带能量与所述总能量的比值作为第一指标，并根据所述温度信息对所述第一指标进行调整，得到第二指标；
判断所述第二指标与预设的标准指标的大小关系，若所述第二指标大于所述标准指标，则判定所述铁路轨道受损，若所述第二指标不大于所述标准指标，则判定所述铁路轨道未受损。
3.如权利要求1所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述振动监测模块包括：
多个振动加速度传感器；
所述多个振动加速度传感器按照所述铁路轨道的方向依次排列在所述铁路轨道的路基上，且各个振动加速度传感器之间相隔预设距离；
所述多个振动加速度传感器用于监测所述铁路轨道的振动加速度，并将所述振动加速度作为振动信息发送至所述数据处理模块。
4.如权利要求3所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于：
以任意一个振动加速度的幅值大于预设阈值的时刻作为列车到达时刻；
以所有振动加速度的幅值均小于预设阈值的时刻作为列车离开时刻；
根据所述列车到达时刻和所述列车离开时刻计算列车的行驶速度
Figure FDA0004171870980000021
式中，v为列车的行驶速度，n为振动加速度传感器的数量，L为预设距离，t2为列车离开时刻，t1为列车到达时刻，l为列车的长度。
5.如权利要求4所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述预设阈值为各个振动加速度对应的噪声幅值的20％。
6.如权利要求3所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述振动加速度传感器为宽频带光纤振动加速度传感器，所述宽频带光纤振动加速度传感器采集所述铁路轨道的振动加速度信号；
相应的，所述振动监测模块还包括：
加速度信号解调仪；
所述加速度信号解调仪对所述宽频带光纤振动加速度传感器采集的振动加速度信号进行解调，得到所述铁路轨道的振动加速度，并将所述振动加速度作为振动信息发送至所述数据处理模块。
7.如权利要求1-6任一项所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述温度监测模块包括：
分布式温度感测光纤和分布式光纤测温主机；
所述分布式温度感测光纤用于采集所述铁路轨道的温度信号；
所述分布式光纤测温主机用于从所述温度信号中提取所述铁路轨道的温度信息，并将所述温度信息发送至所述数据处理模块。
8.一种高速铁路轨道结构变形损伤监测方法，所述方法应用于如权利要求1至7任一项所述的高速铁路轨道结构变形损伤监测系统，其特征在于，所述方法包括：
监测列车经过时所述铁路轨道的振动信息；
监测所述铁路轨道的温度信息；
根据所述振动信息确定所述列车的行驶速度；计算所述行驶速度与两节相邻车厢间的中心距离的比值，得到所述列车的振动频率，并将所述振动频率所在的频带确定为特征频带，并从所述振动信息中提取所述特征频带对应的频带能量；以及，根据所述特征频带对应的频带能量和所述温度信息，判断所述铁路轨道是否受损。
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