CN114689112A - 多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统，属于铁路基础设施安全监测领域。本发明结合分布式光纤振动传感技术和分布式光纤应变传感技术，将分布式光纤传感器布设在被动防护网和路基上，基于应变，振动监测信息开展危岩落石侵入路基监测及预警，不仅可以实时把握被动防护网的损伤状态而且可以精确定位落石位置，可以有效降低危岩落石灾害的误报率，提升铁路运营安全。
Description
技术领域
本发明属于铁路基础设施安全监测领域，涉及一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统。
背景技术
高陡边坡危岩落石是影响列车行车安全最为严重自然灾害之一。为保障列车安全运营，铁路运营部门要求在易发生危岩落石地段安装危岩落石报警系统，对落石灾害进行预警：移除落石及停车避险。目前危岩落石监测报警技术有视频分析方法、红外激光轨面扫描成像方法和防护网振动/变形监测方法。其中视频分析方法和红外激光轨面扫描成像受雨雾天气影响大。已报道的防护网振动/变形监测方法主要是在防护网上布设加速度传感器和局部应变传感器，监测落石引起的振动和结构变形。落石灾害具有一定的随机性，点式传感器布设数量少会出现漏监；点式传感器布设数量多会急剧增大系统集成和数据处理的复杂性。分布式光纤传感技术可以实现数十公里乃至上百公里的振动、变形监测，已有报道将分布式光纤振动传感器安装在防护网上开展防护网落石监测，该方法存在两个不足之处：一是分布式光纤对各种振动信号敏感，易造成虚警；二是该方法不能判断落石最终位置：堆存防护网还是冲破防护网进入轨道区域？分布式光纤应变传感器可以有效获取大尺度结构的变形信息，目前没有同时采用分布式光纤应变传感技术和分布式光纤振动传感技术开展落石监测的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明结合分布式光纤振动传感技术和分布式光纤应变传感技术提供一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统。
本发明的技术方案为：多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统，包括被动防护网1，分布式光纤传感器2，缓冲传输光纤3，夹持锚头4，分布式光纤振动采集模块5，分布式光纤应变采集模块6，被动防护网变形评价模块7和危岩落石侵入评价预警模块8。其特征在于分布式光纤传感器2通过缓冲传输光纤3连续布设在被动防护网1和路基上，分布式光纤振动采集模块5和分布式光纤应变采集模块6采集分布式光纤传感器2感知的振动和应变信息，被动防护网变形评价模块7基于应变信息评价被动防护网1的防护能级，危岩落石侵入评价预警模块8基于应变，振动和被动防护网1的防护能级信息开展落石侵入路基预警。
分布式光纤传感器2包括纤维复合树脂筋2-1，振动测试光纤2-2和应变测试光纤2-1。纤维复合树脂筋2-1成型过程中振动测试光纤2-2和应变测试光纤2-3随着纤维一同植入。纤维复合树脂筋2-1可以为玻璃纤维复合树脂筋或玄武岩纤维复合树脂筋或碳纤维复合树脂筋。
分布式光纤传感器2通过夹持锚头4固定在被动防护网1上和通过开槽的方式埋入在路基上，多个分布式光纤传感器2通过缓冲传输光纤3串联形成应变和振动测试通路。
所述的缓冲传输光纤3为长3米的两芯铠装光缆，与多个分布式光纤传感器2连接，缓冲传输光纤3悬挂在被动防护网1得支撑绳上，始终保持自由无应力状态。
所述的夹持锚头4由两个不锈钢半圆柱形4-1组成，不锈钢半圆柱形4-1的长度为3厘米，外直径为2厘米，内直径以契合分布式光纤传感器2的直径为标准，两个不锈钢半圆柱形4-1通过螺丝将分布式光纤传感器2夹持并焊接在被动防护网1的支撑绳上。
分布式光纤振动采集模块5和分布式光纤应变采集模块6分别采集分布式光纤传感器2感知的振动和应变信息。
所述的分布式光纤振动采集模块5与分布式光纤传感器2中的振动测试光纤2-2连接，分布式光纤应变采集模块6与分布式光纤传感器2中的应变测试光纤2-3连接。
被动防护网变形评价模块7接收应变测试光纤2-3测量的应变信息，评价被动防护网1的防护能级。
危岩落石侵入评价预警模块8接收应变测试光纤2-3测试的应变和被动防护网1的防护能级信息以及振动测试光纤2-2测量的振动信息开展危岩落石侵入路基预警。
所述的危岩落石侵入评价模块8在以下两种情况发出预警：一是基于被动防护网1的防护能级确定被动防护网1的损伤状态，损伤超过预先设定的阈值，发出移除落石更换被动防护网1的预警信息；二是基于被动防护网1的变形信息和振动信息确定落石位置，如同时在被动防护网1和路基上监测到振动信息且被动防护网1在振动位置处发生变形，发出落石冲破被动防护网1侵入路基的预警信息。
本发明的效果和益处是基于被动防护网1和路基上应变、振动信息的开展危岩落石轨道侵入监测，不仅可以实时把握被动防护网1的防护状态且可以精确定位落石位置，实现危岩落石侵入路基预警，有效降低了危岩落石侵入路基报警的误报率，提升铁路运营安全。
附图说明
图1为本发明的多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统示意图。
图2为本发明的分布式光纤传感器结构示意图。
图3为本发明的夹持锚头结构示意图。
图1中：1被动防护网；2分布式光纤传感器；3缓冲传输光缆；4夹持锚头；5分布式光纤振动采集模块；6分布式光纤应变采集模块；7被动防护网变形评价模块；8危岩落石侵入评价预警模块。
图2中：2-1纤维复合树脂筋；2-2振动测试光纤；2-3应变测试光纤。
图3中：4-1不锈钢半圆柱形。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
附图1为多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统示意图。具体实施方案是分布式光纤传感器2通过缓冲传输光纤3连续布设在被动防护网1和路基上，分布式光纤传感器2用夹持锚头4固定在被动防护网1上，分布式光纤振动采集模块5和分布式光纤应变采集模块6与分布式光纤传感器2连接并采集相应的振动和应变信息，被动防护网变形评价模块7接收应变信息分析计算被动防护网1的防护能级，确定被动防护网1的损伤状态，危岩落石侵入评价模块8接收被动防护网1应变和防护能级以及路基上振动信息开展落石侵入监测预警。
所述的分布式光纤振动采集模块5选用商业化分布式光纤振动传感采集仪，分布式光纤应变采集模块6选用商业化分布式光纤应变采集仪。
所述的缓冲传输光纤3为长度3米的两芯铠装光纤，缓冲传输光纤3与多个分布式光纤传感器2连接形成测试通路，缓冲传输光纤3悬挂在被动防护网1上，始终保持自由无应力状态，即被动防护网1大变形时，缓冲传输光纤3依然保持自由无应力状态。
所述的危岩落石侵入评价模块8具体实施策略：一是基于被动防护网1的防护能级确定被动防护网1的损伤状态，损伤超过被动防护网1预先设定的阈值，说明此时被动防护网1损伤过大，存在落石冲破被动防护网1的危险，需要移除落石更换被动防护网1；二是被动防护网1和路基上同时监测到振动信息且被动防护网1在振动位置处监测到大变形，说明落石冲破被动防护网1侵入路基，发出移除落石停车避险预警信息。
附图2本发明的分布式光纤传感器结构示意图。具体实施方式是分布式光纤传感器2采用纤维复合树脂筋封装2-1保护，纤维复合树脂筋2-1可为玻璃复合树脂筋、碳纤维复合树脂筋或玄武岩复合树脂筋的任何一种，纤维复合树脂筋2-1直径根据测试需要确定；在纤维复合树脂筋2-1成型过程中，振动测试光纤2-2和应变测试光纤2-3一同植入制作成可同时测量振动和应变的分布式光纤传感器2。
附图3为本发明中的夹持锚头结构示意图。具体实施方式是夹持锚头4由两个不锈钢半圆柱形4-1组成，长度为3厘米，外直径为2厘米，内直径以契合分布式光纤传感器2的直径为标准。两个不锈钢半圆柱形4-1通过螺栓紧固形成夹持锚头4。
以上所述仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统，其特征在于，包括被动防护网(1)、分布式光纤传感器(2)，缓冲传输光纤(3)、夹持锚头(4)、分布式光纤振动采集模块(5)，分布式光纤应变采集模块(6)，被动防护网变形评价模块(7)和危岩落石侵入评价预警模块(8)；其特征在于，分布式光纤传感器(2)通过缓冲传输光纤(3)连续布设在被动防护网(1)和路基上，分布式光纤振动采集模块(5)和分布式光纤应变采集模块(6)采集分布式光纤传感器(2)感知的振动和应变信息，被动防护网变形评价模块(7)基于应变信息评价被动防护网(1)的防护能级，危岩落石侵入评价预警模块(8)基于应变，振动和被动防护网(1)的防护能级信息开展落石侵入路基监测预警。
2.根据权利要求1所述的一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统，其特征在于，分布式光纤传感器(2)包括纤维复合树脂筋(2-1)，振动测试光纤(2-2)和应变测试光纤(2-3)，振动测试光纤(2-2)和应变测试光纤(2-3)在纤维复合树脂筋(2-1)成型过程中随着纤维一同植入。
3.根据权利要求1所述的一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统，其特征在于，分布式光纤传感器(2)通过夹持锚头(4)固定在被动防护网(1)上和通过开槽的方式埋入路基中。
4.根据权利要求1，2或3所述的一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统，其特征在于，夹持锚头(4)包括两个不锈钢半圆柱形(4-1)，长3厘米，外直径2厘米，内直径以契合分布式光纤传感器(2)的直径为标准，两个不锈钢半圆柱形(4-1)通过螺丝将分布式光纤传感器(2)夹持并焊接在被动防护网(1)的钢柱上。
5.根据权利要求4所述的一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统，其特征在于，缓冲传输光纤(4)为长3米的2芯铠装光纤，分别与分布式光纤传感器(2)中的振动测试光纤(2-2)和应变测试光纤(2-3)相连，缓冲传输光纤(4)自由悬挂在被动防护网(1)的钢柱上。
6.根据权利要求5所述的一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统，其特征在于，其特征在于，分布式光纤振动采集模块(5)和分布式光纤应变采集模块(6)采集分布式光纤传感器(2)感知的振动和应变信息，被动防护网变形评价模块(7)基于应变信息评价被动防护网(1)的防护能级。
7.根据权利要求6所述的一种多分布式光纤被动防护网危岩落石监测系统，其特征在于，其特征在于，危岩落石侵入评价预警模块(8)接收应变测试光纤2-3测试的应变信息和被动防护网1的防护能级，振动测试光纤2-2测试的振动信息开展落石侵入路基监测预警。
所述的危岩落石侵入评价预警模块(8)在以下两种情况发出预警信息：一是被动防护网(1)的防护能级超过预先设定的阈值，发出移除落石更换被动防护网(1)的预警信息；二是同时在被动防护网(1)和路基上监测到振动信息且被动防护网(1)在振动位置处发生变形，发出落石冲破被动防护网(1)侵入路基的预警信息。
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