CN115195822A - 一种铁路线路全时全域多维动态信息感知方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种铁路线路全时全域多维动态信息感知方法及装置，所述方法包括：实时获取铁路沿线多个区域的检测信息；对所述铁路沿线多个区域的检测信息进行汇总，实现铁路沿线全域全时多维动态感知；所述的实时获取铁路沿线多个区域的检测信息包括：获取钢轨的应变信息；根据所述应变信息计算列车轴数。本发明能够获取铁路线路全时全域多维动态信息，包括列车位置信息、轨旁振动信息和重点区域的线路侵限信息等，为提升铁路行车安全提供先决条件；本发明光纤光栅和传感光缆无需轨旁供电，仅需在重点位置为激光雷达供电，易于维护，非常适合地形地质和气候条件复杂的线路。
Description
技术领域
本发明实施例涉及铁路线路环境检测技术领域，具体涉及一种铁路线路全时全域多维动态信息感知方法及装置。
背景技术
铁路线路动态信息感知主要包括对线路周边环境的感知和对车的感知。对线路周边环境的感知包括自然灾害监测和异物侵限监测等。根据《高速铁路自然灾害及异物侵限监测系统总体技术方案(暂行)》(铁科技[2013]35号)等规定，铁路行业内自然灾害监测系统主要实现对铁路沿线风、雨、雪、地震及异物侵限的实时监测。对车的感知主要是指对列车的定位。
根据现行技术条件规定，铁路线路的风、雨、雪监测主要采用风速计、雨量计、雪量计等，异物侵限监测主要采用激光雷达等。列车定位主要采用轨道电路和电磁式计轴设备。
目前铁路行业内，轨旁环境的感知主要是对铁路沿线风、雨、雪、地震及公跨铁异物侵限的实时监测，在面对轨旁环境复杂的线路时监测对象范围极为有限，在面对崩塌落石、滑坡、泥石流等特殊自然灾害时，不具备有效的感知能力。同时，既有感知手段需在沿线设置大量电传感器，并敷设大量供电线缆，极大占用轨旁基础线缆资源、严格依赖线路敷设条件，并不适用于复杂的线路地质特征。可以看出，现有轨旁感知手段范围有限、维护成本高、实时性差，无法满足复杂环境下的线路信息感知需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有轨旁感知手段范围有限、维护成本高、实时性差，无法满足复杂环境下的线路信息感知需求，针对上述现有技术的不足，提供一种铁路线路全时全域多维动态信息感知方法及装置。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种铁路线路全时全域多维动态信息感知方法，包括：
实时获取铁路沿线多个区域的检测信息；
对所述铁路沿线多个区域的检测信息进行汇总，实现铁路沿线全域全时多维动态感知。
优选地，所述的实时获取铁路沿线多个区域的检测信息包括：
获取钢轨的应变信息；
根据所述应变信息计算列车轴数。
优选地，所述的实时获取铁路沿线多个区域的检测信息包括：
获取轨旁振动信号；
根据所述轨旁振动信号判断铁路沿线是否发生第一事件。
优选地，所述的实时获取铁路沿线多个区域的检测信息包括：
获取重点区域的探测信息；
根据所述重点区域的探测信息判断重点区域是否发生第二事件。
优选地，所述第一事件和第二事件包括列车经过信息和灾害事件，所述灾害事件包括崩塌、落石和滑坡，所述重点区域包括公跨铁大桥下方区域和隧道口区域。
本发明还提供一种铁路线路全时全域多维动态信息感知系统，包括：
感知单元，用于实时获取铁路沿线多个区域的检测信息；
主控单元，用于对所述铁路沿线多个区域的检测信息进行汇总，实现铁路沿线全域全时多维动态感知。
优选地，所述感知单元包括：
光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器夹持于钢轨轨底，用于获取钢轨的应变信息；
光栅信号处理器，所述光栅信号处理器与所述光纤光栅传感器通过光缆连接，用于根据所述应变信息计算列车轴数。
优选地，所述感知单元包括：
传感光缆，所述传感光缆埋入铁路沿线路基内，用于获取轨旁振动信号；
振动信号处理器，用于根据所述轨旁振动信号判断铁路沿线是否发生第一事件。
优选地，所述感知单元包括：
激光雷达，所述激光雷达安装于重点区域的轨旁支架上，用于获取重点区域的探测信息；
雷达信号处理器，用于根据所述重点区域的探测信息判断重点区域是否发生第二事件。
优选地，所述第一事件和第二事件包括列车经过信息和灾害事件，所述灾害事件包括崩塌、落石和滑坡，所述重点区域包括公跨铁大桥下方区域和隧道口区域。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明能够获取铁路线路全时全域多维动态信息，包括列车位置信息、轨旁振动信息和重点区域的线路侵限信息等，为提升铁路行车安全提供先决条件；本发明光纤光栅和传感光缆无需轨旁供电，仅需在重点位置为激光雷达供电，易于维护，非常适合地形地质和气候条件复杂的线路。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1是本发明一种铁路线路全时全域多维动态信息感知方法的流程图；
图2是本发明一种铁路线路全时全域多维动态信息感知系统的示意图。
图中：1、光纤光栅传感器；2、传感光缆；3、激光雷达；4、光栅信号处理器；5、振动信号处理器；6、雷达信号处理器；7、主控单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
本发明面向我国铁路特别是偏远地区线路的环境感知需求，提出一种列车运行环境、线路条件的感知方法，形成能够实时探测列车运行线路条件，特别是针对危害行车安全事件的感知及其信息获取技术方案，提升铁路行驶时对线路环境变化的感知和应对能力。
如图1所示，本发明提供了一种铁路线路全时全域多维动态信息感知方法，包括：
实时获取铁路沿线多个区域的检测信息；
本实施例中，实时获取铁路沿线三个区域的检测信息，分别是沿铁路钢轨纵向延伸的区域、铁路轨道旁侧区域以及包括容易发生落石情况的隧道口和公跨铁大桥下方区域的重点区域，值得说明的是，其他容易发生落石、崩塌和滑坡等灾害事件的区域也应当属于本实施例所述的重点区域。
示例性地：
获取钢轨的应变信息；
根据所述应变信息计算列车轴数。
具体地，通过光纤光栅传感器1感知钢轨的应变信息，并将应变信息以光信号形式传回光栅信号处理器4，光栅信号处理器4通过光信号处理获取经过光纤光栅传感器1的列车轴数信息，实现计轴功能。具体地，当列车驶过时，会对光栅产生一个拉应变，光栅的波长会发生偏移，在滤波器的调制下，光栅的波长与反射的回光会形成一一对应的数学关系，通过光电二极管将光强信号转换成电信号，并根据这一电信号解析出此时光栅对应的波长值，进而解调出此时光栅所受到的应力大小。根据这一信号可以判断列车是否经过传感器，并记录所经过的轴数。具体可参考公开号为CN210852477U，名称为一种光纤光栅传感计轴系统的实用新型专利。
获取轨旁振动信号；
根据所述轨旁振动信号判断铁路沿线是否发生第一事件。其中，第一事件包括列车经过信息和灾害事件，所述灾害事件包括崩塌、落石和滑坡。
具体地，通过传感光缆2实现轨旁振动信号的检测，并将振动信号回传至振动信号处理器5，通过振动信号处理器5对回传的信号进行检测，判断铁路线路沿线是否发生落石、滑坡等灾害；
获取重点区域的探测信息；
根据所述重点区域的探测信息判断重点区域是否发生第二事件。其中，第二事件包括列车经过信息和灾害事件，所述灾害事件包括崩塌、落石和滑坡，所述重点区域包括公跨铁大桥下方区域和隧道口区域。
具体地，通过安装于隧道口、公跨大桥下方的激光雷达3和雷达信号处理器6实现该区域的落石、崩塌等灾害的检测。
对所述铁路沿线多个区域的检测信息进行汇总，实现铁路沿线全域全时多维动态感知。
具体地，将列车经过信息、计轴数、第一事件和第二事件反馈至主控单元7，主控单元7接收列车经过信息、计轴数、第一事件和第二事件，来实现铁路线路动态多维感知信息的汇总和处理，实时判断出铁路沿线上具体哪一区域出现了灾害，以便工作人员根据灾害事件及时做出处理，避免灾害事件影响铁路运行等问题。
如图2所示，本发明提供了一种铁路线路全时全域多维动态信息感知系统，包括：
感知单元，用于实时获取铁路沿线多个区域的检测信息；其中，感知单元包括但不限于：
光纤光栅传感器1，所述光纤光栅传感器1夹持于钢轨轨底，用于获取钢轨的应变信息；优选地，光纤光栅传感器1采用轨底夹持的安装方式安装于钢轨底部，具体地，光纤光栅传感器1至少包括两个应力检测光纤光栅传感器1，分别为第一应力检测光纤光栅传感器1、第二应力检测光纤光栅传感器1，第一应力检测光纤光栅传感器1和第二应力检测光纤光栅传感器1沿底板长轴分布，对称地设置在底板两端，分别靠近两个紧固部件。第一应力检测光纤光栅传感器1和第二应力检测光纤光栅传感器1用于检测车轮经过时钢轨的弯曲应力，即钢轨轮轨耦合垂向力。两个紧固部件与底板和钢轨相配合，其中，与底板通过底板两端相配合，每个紧固部件对应底板的一端。连接时，两个紧固部件分别设置在底板两端，用于将底板贴合固定在钢轨底面下，光纤光栅传感器1与轨底的安装方式具体可见公开号为CN113335338A，名称为一种计轴用轮轨耦合垂向力检测装置及计轴方法的发明专利。
光栅信号处理器4，所述光栅信号处理器4与所述光纤光栅传感器1通过光缆连接，用于根据所述应变信息计算列车轴数。光纤光栅传感器1用于感知钢轨的应变，将应变信息以光信号形式传回光栅信号处理器4，光栅信号处理器4通过光信号处理获取经过光纤光栅传感器1的列车轴数信息，实现计轴功能，具体地，当列车驶过时，会对光栅产生一个拉应变，光栅的波长会发生偏移，在滤波器的调制下，光栅的波长与反射的回光会形成一一对应的数学关系，通过光电二极管将光强信号转换成电信号，并根据这一电信号解析出此时光栅对应的波长值，进而解调出此时光栅所受到的应力大小。根据这一信号可以判断列车是否经过传感器，并记录所经过的轴数。
本实施例中，列车经过信息通过光纤光栅传感器1和光栅信号处理器4进行感知，两者之间通过光缆传输信息，与传统的电磁计轴设备和轨道电路相比，位于轨旁的光纤光栅传感器1无需供电。
传感光缆2，所述传感光缆2埋入铁路沿线路基内，用于获取轨旁振动信号；
振动信号处理器5，用于根据所述轨旁振动信号判断铁路沿线是否发生第一事件。其中，第一事件包括列车经过信息和灾害事件，所述灾害事件包括崩塌、落石和滑坡，具体地，传感光缆2沿铁路纵向埋入路基土壤中，通过土壤回填和压实，使传感光缆2与路基耦合成为一体；传感光缆2能够实现轨旁振动信号的检测和信息回传，通过振动信号处理器5对回传的信号进行检测判断铁路线路沿线是否发生落石、滑坡等灾害。
本实施例中，传感光缆2和振动信号处理器5用于感知轨旁的振动信号，其中振动信号的强度和落石撞击能量、滑坡的范围等相关，通过设置合适的阈值可以实现铁路线路全时全域的灾害信息的监测，传感光缆2同时承担传感和通信的作用，与光纤光栅传感器1一样无需供电。
激光雷达3，所述激光雷达3安装于重点区域的轨旁支架上，用于获取重点区域的探测信息；
雷达信号处理器6，用于根据所述重点区域的探测信息判断重点区域是否发生第二事件。第二事件包括列车经过信息和灾害事件，所述灾害事件包括崩塌、落石和滑坡，所述重点区域包括公跨铁大桥下方区域和隧道口区域。
具体地，激光雷达3安装在轨旁支架上，所处位置高出轨面一定距离。激光雷达3和雷达信号处理器6用于隧道口等重点区域的落石、崩塌检测。
本实施例中，对于隧道口等容易发生崩塌、落石等灾害的重点区域，设置激光雷达3对线路侵限进行监测，作为传感光缆2的补充监测手段，监测信息传回雷达信号处理器6。轨旁部署激光雷达3，采用基于多线激光雷达3点云检测多传感器融合方案实时感知列车运行安全限界内是否有障碍物入侵，既具备图像识别检测的直观性和检测准确性，又结合点云检测数据精确的优点。全天时全天候工作，实时检测且判断结果可靠稳定。
铁路线路全时全域多维动态信息感知系统还包括：主控单元7，用于对所述铁路沿线多个区域的检测信息进行汇总，实现铁路沿线全域全时多维动态感知。主控单元7接收上述各传感器的轴数信息、灾害信息，实现铁路线路动态多维感知信息汇总和处理。
本实施例中，主控单元7接收光栅信号处理器4、振动信号处理器5和雷达信号处理器6的信息，可实时获取铁路线路的列车位置信息和沿线崩塌、落石等灾害信息，实现铁路线路多维动态信息的汇总、显示或上传。
以上，本实施例感知对象主要包括列车经过信息和崩塌、落石等严重影响行车安全的灾害事件。列车经过信息通过光纤光栅传感器1和光栅信号处理器4进行感知，两者之间通过光缆传输信息，与传统的电磁计轴设备和轨道电路相比，位于轨旁的光纤光栅传感器1无需供电；传感光缆2和振动信号处理器5用于感知轨旁的振动信号，其中振动信号的强度和落石撞击能量、滑坡的范围等相关，通过设置合适的阈值可以实现铁路线路全时全域的灾害信息的监测，传感光缆2同时承担传感和通信的作用，与光纤光栅传感器1一样无需供电；对于隧道口等容易发生崩塌、落石等灾害的重点区域，设置激光雷达3对线路侵限进行监测，作为传感光缆2的补充监测手段，监测信息传回雷达信号处理器6。轨旁部署激光雷达3，采用基于多线激光雷达3点云检测多传感器融合方案实时感知列车运行安全限界内是否有障碍物入侵，既具备图像识别检测的直观性和检测准确性，又结合点云检测数据精确的优点。全天时全天候工作，实时检测且判断结果可靠稳定。主控单元7接收光栅信号处理器4、振动信号处理器5和雷达信号处理器6的信息，可实时获取铁路线路的列车位置信息和沿线崩塌、落石等灾害信息，实现铁路线路多维动态信息的汇总、显示或上传。
光纤光栅负责获取列车的位置信息；传感光缆2负责大范围的轨道沿线崩塌、落石等灾害信息感知，感知范围可达20公里，且无需在轨旁供电；激光雷达3负责重点区域的崩塌、落石等灾害信息感知，检测精度优于传感光缆2，但是需要轨旁供电，感知范围较小，在200米左右，造价较高。传感光缆2与激光雷达3均用于轨旁崩塌、落石灾害的检测，二者侧重点不同，检测区域互补。本实施例将光纤光栅、传感光缆2和激光雷达3组合应用，三者相互配合同时获取列车位置信息和灾害信息，可有效保障行车安全。
本发明能够获取铁路线路全时全域多维动态信息，包括列车位置信息、轨旁振动信息和重点区域的线路侵限信息等，为提升铁路行车安全提供先决条件；本发明光纤光栅和传感光缆2无需轨旁供电，仅需在重点位置为激光雷达3供电，易于维护，非常适合地形地质和气候条件复杂的线路。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铁路线路全时全域多维动态信息感知方法，包括：
实时获取铁路沿线多个区域的检测信息；
对所述铁路沿线多个区域的检测信息进行汇总，实现铁路沿线全域全时多维动态感知。
2.根据权利要求1所述的铁路线路全时全域多维动态信息感知方法，其中，所述的实时获取铁路沿线多个区域的检测信息包括：
获取钢轨的应变信息；
根据所述应变信息计算列车轴数。
3.根据权利要求1或2所述的铁路线路全时全域多维动态信息感知方法，其中，所述的实时获取铁路沿线多个区域的检测信息包括：
获取轨旁振动信号；
根据所述轨旁振动信号判断铁路沿线是否发生第一事件。
4.根据权利要求3所述的铁路线路全时全域多维动态信息感知方法，其中，所述的实时获取铁路沿线多个区域的检测信息包括：
获取重点区域的探测信息；
根据所述重点区域的探测信息判断重点区域是否发生第二事件。
5.根据权利要求4所述的铁路线路全时全域多维动态信息感知方法，其中，所述第一事件和第二事件包括列车经过信息和灾害事件，所述灾害事件包括崩塌、落石和滑坡，所述重点区域包括公跨铁大桥下方区域和隧道口区域。
6.一种铁路线路全时全域多维动态信息感知系统，包括：
感知单元，用于实时获取铁路沿线多个区域的检测信息；
主控单元，用于对所述铁路沿线多个区域的检测信息进行汇总，实现铁路沿线全域全时多维动态感知。
7.根据权利要求6所述的铁路线路全时全域多维动态信息感知系统，其中，所述感知单元包括：
光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器夹持于钢轨轨底，用于获取钢轨的应变信息；
光栅信号处理器，所述光栅信号处理器与所述光纤光栅传感器通过光缆连接，用于根据所述应变信息计算列车轴数。
8.根据权利要求6或7所述的铁路线路全时全域多维动态信息感知系统，其中，所述感知单元包括：
传感光缆，所述传感光缆埋入铁路沿线路基内，用于获取轨旁振动信号；
振动信号处理器，用于根据所述轨旁振动信号判断铁路沿线是否发生第一事件。
9.根据权利要求8所述的铁路线路全时全域多维动态信息感知系统，其中，所述感知单元包括：
激光雷达，所述激光雷达安装于重点区域的轨旁支架上，用于获取重点区域的探测信息；
雷达信号处理器，用于根据所述重点区域的探测信息判断重点区域是否发生第二事件。
10.根据权利要求9所述的铁路线路全时全域多维动态信息感知系统，其中，所述第一事件和第二事件包括列车经过信息和灾害事件，所述灾害事件包括崩塌、落石和滑坡，所述重点区域包括公跨铁大桥下方区域和隧道口区域。
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- 2022-07-25 CN CN202210877604.9A patent/CN115195822A/zh active Pending
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