CN115943103A - 监测铁路轨道的方法和监测铁路轨道的监测系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于监测铁路轨道(11)的方法，所述方法包括：通过沿轨道(11)布置的分布式声学传感器(10)检测监测信号(MS)，其中每个监测信号(MS)包括分布式声学传感器(10)的针对第一测量段(12)的监测信号值(MSV)和分布式声学传感器(10)的针对第二测量段(22)的监测信号值(MSV)、根据在轨道车辆通过第一测量段(12)的位置期间检测到的监测信号值(MSV)来确定第一测量段(12)的第一事件监测信号值(EV1)、根据在轨道车辆通过第二测量段(22)的位置期间检测到的监测信号值(MSV)来确定第二测量段(22)的第二事件监测信号值(EV2)，以及确定差值(DV)，其中差值(DV)与平均相对值(ARV)和相对值(RV)之间的差相关，其中相对值(RV)由第一事件监测信号值(EV1)和第二事件监测信号值(EV2)之间的相对差给定，其中，平均相对值(ARV)与根据轨道车辆的先前通过确定的相对值(RV)的平均值相关。此外，提供了一种用于监控铁路轨道(11)的监测系统(15)。

Description

监测铁路轨道的方法和监测铁路轨道的监测系统

提供了一种用于监测铁路轨道的方法以及及一种用于监测铁路轨道的监测系统。

分布式声学传感可用于铁路监测。为此，将激光脉冲馈入沿铁路轨道延伸的光纤中。通过分析反向散射信号，可以检测铁路轨道上和周围的噪声。根据通过轨道车辆的反向散射信号的形状可以将其与其他噪声区分开。可以采用反向散射信号来确定轨道车辆运动的不同参数。例如，可以确定轨道车辆的速度或位置。

然而，在多个轨道彼此平行运行的情况下，并非在所有情况下都可以直接根据反向散射信号确定轨道车辆在哪条轨道上移动或者铁路轨道是否有缺陷。从反向散射信号中提取这些参数可以提高监测轨道车辆基础设施的准确性。

一个目的是提供一种用于以改进的准确度监测铁路轨道的方法。进一步的目的是提供一种用于以改进的准确度监测铁路轨道的监测系统。

这些目的通过独立权利要求实现。进一步的实施例是从属权利要求的主题。

根据用于监测铁路轨道的方法的至少一个实施例，所述方法包括通过沿轨道布置的分布式声学传感器检测监测信号的步骤，其中每个监测信号包括分布式声学传感器针对第一测量段的监测信号值和分布式声学传感器针对第二测量段的监测信号值。分布式声学传感器可以布置在铁路轨道环境中。这意味着，分布式声学传感器可以靠近铁路轨道布置。分布式声学传感器还可以沿着铁路轨道延伸。分布式声学传感器的长度可达数公里或数百公里。分布式声学传感器被分成多个测量段。第一测量段和第二测量段分别是所述多个测量段中的一个。每个测量段对应于沿分布式声学传感器的预定义长度。这意味着，每个测量段直接邻接另一个测量段。测量段可以全部具有相同的长度。例如每个测量段均具有几米的长度，例如小于10m的长度。每个监测信号包括多个监测信号值，其中每个监测信号值与分布式声学传感器在相应测量段中检测到的测量值相关。所述方法可以包括一个接一个地检测多个监测信号。这意味着，两个监测信号在检测它们的时间上可能彼此不同。

所述方法还包括根据在轨道车辆通过第一测量段的位置期间检测到的监测信号值来确定针对第一测量段的第一事件监测信号值。在一个轨道车辆通过期间，针对第一测量段检测多个监测信号值。这意味着，监测信号值以预定义频率检测。预定义频率通常高于1Hz，使得轨道车辆通过的持续时间长于预定义频率的一个周期。为了确定第一事件监测信号值，仅考虑在一个轨道车辆通过期间在第一测量段的位置处检测到的监测信号值。根据分布式声学传感器检测到的监测信号的形状，可以确定轨道车辆在铁路轨道上的哪个位置移动。根据该信息确定考虑哪些监测信号值用于确定第一事件监测信号值。每个第一事件监测信号值仅与一个轨道车辆的通过相关。

所述方法还包括根据在轨道车辆通过第二测量段的位置期间检测到的监测信号值来确定针对第二测量段的第二事件监测信号值。在一个轨道车辆通过期间，针对第二测量段检测多个监测信号值。这意味着，监测信号值以预定义频率检测。预定义频率通常高于1Hz，使得轨道车辆通过的持续时间长于预定义频率的一个周期。为了确定第二事件监测信号值，仅考虑在一个轨道车辆通过期间在第二测量段的位置处检测到的监测信号值。根据分布式声学传感器检测到的监测信号的形状，可以确定轨道车辆在铁路轨道上的哪个位置移动。根据该信息确定考虑哪些监测信号值用于确定第二事件监测信号值。每个第二事件监测信号值仅与一个轨道车辆的通过相关。

每个第一事件监测信号值和每个第二事件监测信号值提供对由通过的轨道车辆在相应测量段的位置处提供并传递到分布式声学传感器的能量的测量。因此，每个第一事件监测信号值和每个第二事件监测信号值取决于分布式声学传感器和铁路轨道之间的距离、取决于分布式声学传感器和铁路轨道之间在相应的测量段处的地面的传输特性和相应轨道车辆的属性，例如其重量和速度。

所述方法还包括确定差值，其中差值与平均相对值和相对值之间的差相关，其中相对值由第一事件监测信号值和第二事件监测信号值之间的相对差给定，其中，平均相对值与轨道车辆的先前通过确定的相对值的平均值相关。对于第一测量段和第二测量段，平均相对值可以分别存储在数据库或存储单元中。铁路轨道的所有测量段的所有平均相对值的整体被称为相应铁路轨道的指纹。因此几条铁路轨道可能彼此相邻布置。对于彼此相临布置的不止一条铁路轨道，每条铁路轨道都有自己的指纹。第一测量段和第二测量段可以彼此间隔开。这意味着，第一测量段和第二测量段不一定是直接相邻的。例如，多个另外的测量段被布置在第一测量段和第二测量段之间。例如，至少十个另外的测量段被布置在第一测量段和第二测量段之间。这种布置提高了方法的准确性。

在检测到监测信号值之前，检测根据轨道车辆的先前通过确定的相对值。可以在校准阶段检测根据轨道车辆的先前通过确定的相对值。根据轨道车辆的先前通过确定的相对值以与确定相对值相同的方式来确定。为了确定平均相对值，确定根据轨道车辆的先前通过确定的相对值的平均值。平均相对值可以由至少10个相对值或至少100个相对值的平均值给定。替代地，仅考虑一个火车，而不是统计数据，可以通过阈值来识别火车是否在这些相对值内。根据轨道车辆的先前通过确定的每个相对值与轨道上的一个轨道车辆的通过相关。轨道车辆可以是以不同速度移动的不同轨道车辆。

所述方法还可以包括提供包括差值的输出信号。差值可用于在违规情况下提供警告信号。

分布式声学传感器检测到的信号不包括轨道车辆在多个轨道中的哪条轨道上移动的信息。此外，仅根据分布式声学传感器检测到的一个信号，无法得出有关轨道状况的详细信息。因此，本文提供的方法涉及通过采用分布式声学传感器改进的铁路轨道监测。

根据所提供的方法，首先检测初始监测信号。初始监测信号是根据轨道车辆的先前通过确定的监测信号。每个初始监测信号包括多个初始监测信号值。在多个轨道车辆通过轨道期间检测初始监测信号，分布式声学传感器沿该轨道布置。针对第一测量段和第二测量段检测初始监测信号。轨道车辆可以是不同的轨道车辆并且它们可以以不同的速度移动。根据第一测量段的初始监测信号值，确定不同轨道车辆通过的第一事件监测信号值。此外，根据第二测量段的初始监测信号值，为与第一测量段相同的轨道车辆的通过确定第二事件监测信号值。对于每个轨道车辆的通过，相对值被确定为第一事件监测信号值和第二事件监测信号值之间的相对差。这意味着，确定了多个相对值。平均相对值是这些相对值的平均值。平均相对值对应于分布式声学传感器对多个轨道车辆的平均响应。可以为分布式声学传感器的所有测量段确定平均相对值。在这种情况下，所有平均相对值共同形成一条铁路轨道的指纹。每个轨道的指纹都有特定的形状。指纹与通过的轨道车辆引起的所有振动的总和相关。它受轨道形状和轨道周围环境的影响。指纹的形状进一步取决于分布式声学传感器与不同测量段的轨道之间的距离。

在所述方法的第二步骤中，监测信号均包括针对第一测量段和第二测量段检测到的多个监测信号值。这意味着，以与检测初始监测信号相同的方式检测监测信号。针对第一测量段，第一事件监测信号值是根据在轨道车辆通过第一测量段的位置期间检测到的监测信号值来确定的。针对第二测量段，第二事件监测信号值是根据在轨道车辆通过第二测量段的位置期间检测到的监测信号值来确定的。

在下一步中，将平均相对值与相对值进行比较。相对值是第一事件监测信号值与第二事件监测信号值之间的相对差。这意味着，差值被确定。可以针对多对测量段执行这些步骤。这意味着，可以确定分布式声学传感器针对多个测量段的差值。可以确定第一测量段和多个其他测量段的差值。还可以确定不同的测量段对的差值。每个差值是根据来自两个测量段的监测信号值确定的。这两个测量段可以是第一测量段和第二测量段。这两个测量段还可以是第一测量段和除第二测量段之外的另一个测量段。

确定相对差并将这些值相互比较是有利的。平均相对值和相对值均根据相对差确定。由于轨道车辆的不同速度或重量导致的监测信号值的偏差未被考虑在相对差中。因此，将相对值与平均相对值进行比较更有意义。如果通过的轨道车辆和轨道车辆行驶的轨道均完好无损，则差值较小。这意味着，相对值与平均相对值大致相同。对于未受干扰和完整的条件，分布式声学传感器针对测量段的相对值具有与指纹大致相同的值。然而，由于轨道车辆的速度或重量，监测信号值的幅度可能会发生变化。由于不考虑这些变化，因此仅比较了相对差异。

根据差值可以确定轨道或轨道车辆的特定条件。例如，小的差值与在轨道上的轨道车辆相关。较长距离上较大的差值可能与在另一条平行轨道上的轨道车辆相关。沿铁路轨道的某些位置处的较大差值可能与铁路轨道的缺陷或变化相关。当轨道车辆通过相应位置时，可以立即检测到这些缺陷或变化。这允许快速修复或调查，从而提高整体安全性。

因此，本文描述的方法能够监测铁路轨道并确定轨道车辆和铁路轨道的不同状况。从而提高了监测的准确性。

根据所述方法的至少一个实施例，所述方法包括为每个测量段确定用于相应测量段和多个其他测量段的差值。这意味着，针对每个测量段，分别形成该测量段和另一个测量段的对。针对每一对测量段对，执行确定差值的步骤。为一个测量段和多个其他测量段之一的对确定差值是有利的。这提高了确定差值的准确性。

根据所述方法的至少一个实施例，分布式声学传感器包括沿轨道布置的光纤，并且监测信号是提供给光纤的输入信号的反向散射信号。光纤可布置在靠近铁路轨道的地面内。还可以将光纤布置在靠近铁路轨道的地面上方。光纤大致平行于铁路轨道延伸。输入信号可以是光学信号，例如激光脉冲。输入信号在光纤的输入端提供给光纤。一小部分激光被反射回输入端，因为激光在散射点处被散射，因为例如光纤中的天然或人造杂质。反向散射信号的变化与光纤中的物理变化相关，光纤中的物理变化可沿光纤的噪声、结构噪声、振动或声波引起。因此，当轨道车辆在轨道上移动时，可以检测到反向散射信号。每个监测信号是一个输入信号的反向散射信号。通过评估反向散射信号，可以确定噪声或轨道车辆沿光纤的位置。可以用不同的方式分析监测信号。因此，可以监测在轨道上移动的轨道车辆。

根据所述方法的至少一个实施例，上限阈值由平均相对值的方差与k值的乘积给定，并且确定差值是否超过上限阈值。平均相对值的方差是平均相对值的标准差。k值可以是预定义的常数。这意味着，k值是用于上限阈值的比例因子。上限阈值可以是相对值通常偏离平均相对值多少的量度。如果差值超过上限阈值，则相对值不在预期范围内。在这种情况下，可以提供警告信号。每个测量段的上限阈值可以不同。差值超过上限阈值的情况可以是轨道或轨道车辆的缺陷或者是在轨道或轨道车辆的其他变化引起的。通过确定上限阈值，可以在检测到与典型行为的偏差时以改进的准确度监测轨道上的轨道车辆。

代替方差，标准差可以用于确定上限阈值。

在只有一列火车的情况下，方差和/或标准差为1，因此上限阈值等于k值。

根据所述方法的至少一个实施例，下限阈值由平均相对值的方差与l值的乘积给定，并且确定差值是否低于下限阈值。平均相对值的方差是平均相对值的标准差。l值可以是预定义的常量。这意味着，l值是用于下限阈值的比例因子。下限阈值可以是相对值通常偏离平均相对值多少的量度。如果差值低于下限阈值，则相对值不在预期范围内。在这种情况下，可以提供警告信号。每个测量段的下限阈值可以不同。差值低于下限阈值的情况可能是由于轨道或轨道车辆的缺陷或者轨道或轨道车辆的其他变化引起的。通过确定下限阈值，可以在检测到与典型行为的偏差时以提高的准确度监测轨道上的轨道车辆。

代替方差，标准差可以用于确定下限阈值。

在只有一列火车的情况下，方差和/或标准差为1，因此下限阈值等于l值。

相对值与平均相对值的偏差可能与不同状况相关。例如，如果差值超过上限阈值，则轨道处可能存在缺陷。在这种情况下，对于有限数量的测量段，差值仅超过上限阈值。如果铁路轨道有缺陷，则通过的轨道车辆会在缺陷位置发射更多能量，例如因为摩擦力增加。因此，监测信号值在铁路轨道处或铁路轨道的缺陷位置处具有更高的幅度。因此，对于这个位置，差值更大。由于在轨道处的缺陷或轨道上的缺陷通常不会延伸很长的距离，而是非常局部化，只有少数测量段会示出增加的差值。如果大量测量段的差值偏离其预期值，这可能是由于轨道磨损或撕裂造成的。因此，通过分析差值，可以定位轨道处或轨道的缺陷或其他变化。

根据所述方法的至少一个实施例，第一测量段和第二测量段各自与沿分布式声学传感器的预定距离相关。分布式声学传感器被分成多个测量段。测量段的每一个沿着分布式声学传感器可以具有相同的长度。测量段直接地一个接一个。测量段的长度可以与沿光纤的反向散射信号的分辨率相关。因此，每个测量段，以及第一测量段和第二测量段，与反向散射信号中的一个数据点相关。测量段的一小段长度与高分辨率相关，因此能够准确监测轨道上的轨道车辆。

根据所述方法的至少一个实施例，第一事件监测信号值与第一测量段内通过的轨道车辆发射的能量的总和成比例，或者第一事件监测信号值与第一测量段内通过的轨道车辆发射的能量的平均值成比例。反向散射信号与测量段的相应位置处发射的能量成比例。由于第一事件监测信号值与第一测量段内通过的轨道车辆发射的能量的总和成比例，因此第一事件监测信号值是用于相应轨道车辆发射的能量的测量。这可以意味着，第一事件监测信号值是在轨道车辆通过第一测量段的位置期间检测到的监测信号值的总和。第一事件监测信号值还可以与在轨道车辆通过第一测量段的位置期间检测到的监测信号值的总和成比例。由于分布式声学传感器不与轨道直接接触而是与轨道间隔布置，因此第一事件监测信号值仅与通过的轨道车辆发出的能量成比例，而不能提供能量的准确值。第一事件监测信号值还可以与第一测量段内通过的轨道车辆发射的能量的平均值成比例。这意味着，第一事件监测信号值是在轨道车辆通过第一测量段的位置期间检测到的监测信号值的平均值。检测由通过的轨道车辆发射的能量的测量是有利的，因为该能量可以针对轨道车辆或轨道处的缺陷或其他变化的情况而改变。因此，通过分析监测信号值，可以检测轨道车辆或轨道的缺陷或其他变化。为了满足安全要求，必须检测缺陷和其他变化。

根据所述方法的至少一个实施例，第二事件监测信号值与第二测量段内通过的轨道车辆发射的能量的总和成比例，或者第二事件监测信号值与在第二测量段内通过的轨道车辆发射的能量的平均值成比例。针对每个测量段，相应的事件监测信号值还可以与相应测量段内通过的轨道车辆发射的能量的总和成比例，或者相应的事件监测信号值与由在相应的测量段内通过的轨道车辆发射能量的平均值成比例。

根据所述方法的至少一个实施例，相对差与相应的比例相关。这意味着，术语两个值之间的相对差与这两个值之间的比例相关。术语两个值之间的相对差还可能与这两个值之间的百分比差相关。仅比较相对差的优点是不考虑轨道车辆的速度或重量差异。因此，可以更容易地检测到与正常操作的偏差。

根据所述方法的至少一个实施例，每个监测信号值是信噪比。监测信号值给出了用于相应测量段的监测信号的幅度。为了进一步计算和分析，这些振幅的信噪比被用作监测信号值。还可以仅采用特定范围的监测信号值频率。这两种可能性使得能够从监测信号值中滤除噪声。以此方式，提高了监测的准确性。

根据所述方法的至少一个实施例，监测信号值与相应检测到的监测信号的幅度相关。这意味着，监测信号值给出了用于相应测量段的监测信号的幅度。

根据所述方法的至少一个实施例，所述方法还包括确定通过第一测量段的位置的轨道车辆的速度和相对于轨道车辆的速度归一化第一事件监测信号值。轨道车辆的速度会影响反向散射信号的幅度，从而影响监测信号的幅度。轨道车辆的速度越高，振幅就越大。轨道车辆在轨道上的速度可以根据监测信号确定。例如，可以比较不同时间的监测信号，并且可以根据轨道车辆位置的差异来确定其速度。还可以使用其他传感器来确定轨道车辆的速度，例如车轮传感器。第一事件监测信号值可以相对于预定义的速度归一化。这意味着，对于高于和低于预定义速度的速度，第一事件监测信号值可以乘以归一化因子。采用归一化消除了轨道车辆的速度对监测信号的幅度的影响。在归一化之后，即使轨道车辆在不同测量段以不同速度移动或者即使不同轨道车辆以不同速度移动，也可以将不同测量段的第一事件监测信号值或不同轨道车辆的第一事件监测信号值相互比较。由于轨道车辆的速度对监测信号值不再有影响，因此提高了监测的总体准确性。

根据所述方法的至少一个实施例，所述方法还包括确定通过第二测量段的位置的轨道车辆的速度和相对于轨道车辆的速度归一化第二事件监测信号值。还可能的是，针对每个测量段，所述方法还包括确定通过相应测量段的位置的车辆的速度，以及相对于轨道车辆的速度归一化相应的事件监测信号值。

根据所述方法的至少一个实施例，为了根据根据轨道车辆的先前通过确定相对值，这些轨道车辆在轨道上的位置通过使用关于轨道车辆的运动的进一步信息来确定。为了确定初始监测信号值，有必要知道移动的轨道车辆的位置以及它们在哪条轨道上移动。只有这样，检测到的初始监测信号值才能与轨道车辆在正确轨道上的移动相关。可以根据监测信号的分析获得关于轨道车辆移动的进一步信息。例如，可以分析轨道车辆移动期间的监测信号的形状，使得可以确定监测信号与轨道车辆的存在相关的测量段。还可以使用其他传感器或信息来确定轨道车辆的准确位置。例如，可以采用车轮传感器来确定轨道车辆在哪条轨道上移动。由于初始监测信号值是在移动轨道车辆的位置已知的情况下检测到的，因此可以采用初始监测信号值来确定轨道的指纹。

根据所述方法的至少一个实施例，确定平均相对值和相对值之间的相关性。这意味着，将相对值与平均相对值进行比较。可以确定平均相对值和相对值之间的互相关(cross relation)。还可以确定平均相对值和相对值之间的加权相关性。可以为分布式声学传感器的多个测量段确定平均相对值和相对值之间的相关性。这意味着，将相对值与轨道的指纹进行比较。可以确定不同相对值与相应轨道的指纹之间的相关性。在高度相关的情况下，轨道车辆在相应的轨道上移动。在相关性较小的情况下，轨道车辆可能正在另一条轨道上移动，或者轨道或轨道车辆上可能存在缺陷。以此方式，就可以判断轨道车辆是否在某条轨道上移动。在轨道车辆监测中，重要的是要知道轨道车辆在哪条轨道上移动，以便连续跟踪每个轨道车辆的移动。此外，在轨道上出现缺陷或变化的情况下，有必要知道缺陷或变化位于哪条轨道上。

根据所述方法的至少一个实施例，确定平均相对值和相对值之间的第一相关性，并且其中，确定另一轨道的平均相对值和相对值之间的第二相关性。第一相关性和第二相关性可以均是互相关。第一相关性和第二相关性还可以均是加权相关。可以为分布式声学传感器的多个测量段确定第一相关性和第二相关性。如果轨道车辆在轨道上移动，则第一相关性显著高于第二相关性。如果轨道车辆在其他轨道上移动，则第二相关性显著高于第一相关性。这意味着，第一相关性指的是第一轨道，而第二相关性指的是第二轨道。第一轨道和第二轨道彼此相邻布置。确定哪个轨道的相对值与相应的平均相对值最相关。这也可以针对彼此相邻布置的两个以上轨道。以此方式，就可以确定轨道车辆在哪条轨道上移动。

根据所述方法的至少一个实施例，针对多个第一测量段和多个第二测量段执行所述方法。以此方式，轨道车辆在轨道上的移动可以被远距离监测，即针对多个测量段。因此，所述方法能够实现对整个轨道的铁路交通的监测。

根据所述方法的至少一个实施例，在确定相对值之后，将根据轨道车辆的先前通过确定的相对值之一替换为所述相对值。该过程能够更新用于确定平均相对值的相对值。相对值是一个接一个地确定的。对于更新，首先确定的相对值被最新的相对值替换。每次确定一个相对值时，它可能会替换该测量段的相对值中的一个。从中确定平均相对值的相对值的总数可以保持不变。替代地，可以手动选择哪些相对值替换旧的相对值。通过替换相对值，轨道的较小变化被考虑在内，这些变化可能例如在不同的季节或由于轨道的磨损而出现。以此方式，提高了监测的准确性。

根据所述方法的至少一个实施例，对平均相对值有贡献的相对值乘以不同的加权因子。权重因子可以越高，相应的相对值越实际。这是更新相对值的另一种方式。以此方式，新的相对值比旧的相对值在平均相对值中获得更多的权重。

根据所述方法的至少一个实施例，所述方法还包括用于在待替换的相对值之后确定的相对值来替换可选择的测量段的相对值。这意味着，针对可选择的测量段，相对值可以由更新的相对值代替。例如，如果在一个位置修复或替换轨道可能是有利的。对于这个位置，所有相对值都可以用在修复或替换轨道后确定的相对值代替。在修复或替换轨道后，相对值可能不同于以前的相对值。为了避免误解，有利的是用在修复或替换轨道之后确定的相对值代替旧的相对值。为此，修复位置周围的测量段的相对值被替换。通过这个更新相对值的过程提高了监控的准确性。

此外，提供了一种用于监测铁路轨道的监测系统。监测系统可以优选地用于本文所述的方法中。这意味着针对用于监测铁路轨道的方法公开的所有特征也针对用于监测铁路轨道的监测系统公开，反之亦然。

在用于监测铁路轨道的监测系统的至少一个实施例中，监测系统包括连接到沿轨道布置的分布式声学传感器的评估单元。评估单元可以被配置为从分布式声学传感器接收数据。此外，评估单元可以被配置为分析从分布式声学传感器接收的数据。

评估单元包括检测单元，检测单元被配置为接收由分布式声学传感器检测到的监测信号，其中每个监测信号包括分布式声学传感器针对第一测量段的监测信号值和分布式声学传感器针对第二测量段的监测信号值。检测单元可以与评估单元的输入端连接。

评估单元包括事件单元，所述事件单元被配置为根据在轨道车辆通过第一测量段的位置期间检测到的监测信号值来确定针对第一测量段的第一事件监测信号值，并根据在轨道车辆通过第二测量段的位置期间检测到的监测信号值来确定针对第二测量段的第二事件监测信号值。事件单元可以与检测单元连接。

评估单元包括配置为确定差值的比较器单元，其中差值与平均相对值和相对值之间的差相关，其中相对值由第一事件监测信号值和第二事件监测信号值之间的相对差给定，并且平均相对值与根据轨道车辆的先前通过确定的相对值的平均值相关。比较器单元可与事件单元连接。平均相对值可以存储在存储单元中。存储单元可以与比较器单元连接。

通过使用监控系统监测铁路轨道的方法可以提高监测的准确性。

以下对附图的描述可以进一步说明和解释示例性实施例。功能相同或具有相同效果的部件由相同的附图标记表示。相同或实际上相同的部件可能仅针对它们最先出现的附图进行描述。它们的描述不必在连续的图中重复。

图1描述了用于监测铁路轨道的方法的示例性实施例。

图2、3和4示出了用于监测铁路轨道的监测系统的示例性实施例。

图5和6示出了在用于监视铁路轨道的方法中采用的示例性信号。

利用图1描述了用于监测铁路轨道11的方法的示例性实施例的步骤。所述步骤的顺序可能与此处提供的顺序不同。

在第一步骤S1中，初始监测信号由沿轨道11布置的分布式声学传感器10检测。初始监测信号在轨道车辆通过轨道11期间检测。分布式声学传感器10分为多个测量段12、22。每个测量段12、22与沿分布式声学传感器10的预定距离相关。特别是针对第一测量段12和第二测量段22检测初始监测信号。每个初始监测信号包括多个初始监测信号值IV。每个初始监测信号包括用于每个测量段12、22的一个初始监测信号值IV。

在第二步骤S2中，确定第一事件监测信号值EV1和第二事件监测信号值EV2。每个第一事件监测信号值EV1根据在轨道车辆通过第一测量段12的位置期间检测到的初始监测信号值IV确定。例如，每个第一事件监测信号值EV1与第一测量段12内通过的轨道车辆发射的能量的总和成比例，或所述第一事件监测信号值EV1与第一测量段12内通过的轨道车辆发射的能量的平均值成比例。每个第二事件监测信号值EV2根据在轨道车辆通过第二测量段22的位置期间检测到的初始监测信号值IV确定。例如，每个第二事件监测信号值EV2与第二测量段22内通过的轨道车辆发射的能量的总和成比例，或所述第二事件监测信号值EV2与第二测量段22内通过的轨道车辆发射的能量的平均值成比例。

为了确定在轨道11上的一个轨道车辆通过期间检测到的初始监测信号值IV，有必要知道轨道车辆在哪个轨道11上移动。可以通过采用关于轨道车辆移动的进一步信息来确定这些轨道车辆沿轨道11的位置。这些信息例如通过对监测信号MS的进一步分析获得。检测初始监测信号值IV从而确定第一事件监测信号值和第二事件监测信号值EV1、EV2的步骤可以重复几次。以此方式，针对每个测量段12、22，获得多个事件监测信号值EV1、EV2。

在第三步骤S3中，确定相对值RV。每个相对值RV与第一事件监测信号值EV1和第二事件监测信号值EV2之间的相对差相关。相对差可以是相应的比例。根据相对值RV确定平均相对值ARV。平均相对值ARV是相对值RV的平均值。可以为每个测量段12、22确定平均相对值ARV。一个轨道11的平均相对值ARV的整体被称为该轨道11的指纹。

在第四步骤S4中，通过分布式声学传感器10检测监测信号MS。每个监测信号MS包括分布式声学传感器10针对第一测量段12的监测信号值MSV和分布式声学传感器10针对第二测量段22的监测信号值MSV。可以采用每个监测信号值MSV的信噪比来代替相应的监测信号值MSV，以提高所述方法的准确性。

在第五步骤S5中，根据在轨道车辆通过第一测量段12的位置期间检测到的监测信号值MSV来确定针对第一测量段12的第一事件监测信号值EV1。此外，根据在轨道车辆通过第二测量段22的位置期间检测到的监测信号值MSV来确定针对第二测量段22的第二事件监测信号值EV2。例如，第一事件监测信号值EV1与第一测量段12内通过的轨道车辆发射的能量的总和成正比，或第一事件监测信号值EV1与第一测量段12内通过的轨道车辆发射的能量的平均值成比例。例如，每个第二事件监测信号值EV2与第二测量段22内通过的轨道车辆发射的能量之和成正比，或第二事件监测信号值EV2与第二测量段22内通过的轨道车辆发射的能量的平均值成比例。可以针对多个其他测量段12、22重复该步骤。每个事件监测信号值EV1、EV2与相应的测量段12、22内相应通过的轨道车辆发出的能量成比例。

在第六步骤S6中，确定相对值RV。相对值RV由在第五步骤S5中确定的第一事件监测信号值EV1和第二事件监测信号值EV2之间的相对差给定。

在第七步骤S7中，确定差值DV。差值DV与平均相对值ARV和相对值RV之间的差相关。为相同的两个测量段12、22确定平均相对值ARV和相对值RV。

在可选的第八步骤S8中，将差值DV与上限阈值UT进行比较。上限阈值UT由平均相对值ARV的方差与k值的乘积给定，并且确定差值DV是否超过上限阈值UT。此外，将差值DV与下限阈值LT进行比较。下限阈值LT由平均相对值ARV的方差与l值的乘积给定，并且确定差值DV是否低于下限阈值LT。以此方式，可以检测到比典型偏差大的偏差。如果差值DV超过上限阈值UT或低于下限阈值LT，则可以提供警告信号WS。

通过确定通过第一测量段12的位置的轨道车辆的速度并且相对于轨道车辆的速度对第一事件监测信号值EV1进行归一化，可以进一步提高所述方法的准确性。此外，可以确定通过第二测量段22的位置的轨道车辆的速度并且可以相对于轨道车辆的速度对第二事件监测信号值EV2进行归一化。

在所述方法的可选的进一步步骤中，确定平均相对值ARV和相对值RV之间的相关性。如果多个轨道11彼此相邻布置，则针对每个轨道11，确定平均相对值ARV和相对值RV之间的相关性。

为了进一步提高所述方法的准确性，可以在确定相对值RV之后，将根据轨道车辆的先前通过确定的相对值RV之一替换为所述相对值RV。这种相对值RV的更新可以连续进行。这意味着，针对每个测量段12、22并且针对每个确定的相对值RV，用当前相对值RV替换相应测量段12、22的一个相对值RV。例如，在每种情况下，最旧的相对值RV被替换。相对值RV的总数可以保持不变。还可以用在待替换的相对值RV之后确定的相对值RV来替换可选择的测量段12、22的相对值RV。如果修复了轨道或更换了轨道的一部分，这种手动替换可能是有利的。因此，通过将相对值RV替换为在修复或更换轨道之后确定的相对值RV，则提高了所述方法的准确性。

可以针对多个第一测量段12和多个第二测量段22执行所述方法。

在图2中，示出了用于监测铁路轨道11的监测系统15的示例性实施例。监测系统15包括评估单元16，所述评估单元16连接到沿轨道11布置的分布式声学传感器10。评估单元16包括输入21，所述输入21连接到分布式声学传感器10的输出13。评估单元16包括检测单元17，所述检测单元17被配置为接收通过分布式声学传感器10检测到的监测信号MS，其中每个监测信号MS包括分布式声学传感器10针对第一测量段12的监测信号值MSV和分布式声学传感器10针对第二测量段22的监测信号值MSV。评估单元16还包括事件单元18，所述事件单元18被配置为根据在轨道车辆通过第一测量段12的位置期间检测到的监测信号值MSV来确定针对第一测量段12的第一事件监测信号值EV1，并根据在轨道车辆通过第二测量段22位置期间检测到的监测信号值MSV来确定针对第二测量段22的第二事件监测信号值EV2。检测单元17与事件单元18连接。评估单元16还包括比较器单元19，所述比较器单元19被配置为确定差值DV，其中差值DV与平均相对值ARV和相对值RV之间的差相关，其中相对值RV是由第一事件监测信号值EV1和第二事件监测信号值EV2之间的相对差给定。比较器单元19与事件单元18连接。此外，比较器单元19与存储单元20连接，其中所述存储单元20存储平均相对值ARV。比较器单元19与评估单元16的输出13连接，其中评估单元16可以提供警告信号WS。监测系统15可以包括分布式声学传感器10。

在图3中，监测系统15的实施例与分布式声学传感器10和铁路轨道11一起被示出。监测系统15的评估单元16与分布式声学传感器10连接。分布式声学传感器10包括沿轨道11布置的光纤14。因此，监测信号MS是提供给光纤14的输入信号IN的反向散射信号。

分布式声学传感器10被分成多个测量段12、22。作为示例，示出了四个测量段12、22。每个测量段12、22与沿分布式声学传感器10的光纤14的预定义长度相关。

在图4中，示出了监测系统15的另一个示例性实施例。与图3所示实施例的唯一区别在于，两个轨道11彼此相邻布置。通过采用本文描述的方法，可以确定轨道车辆正在轨道11中的哪条轨道上移动。

图5示出了用于一条铁路轨道11的平均相对值ARV。在x轴上，沿轨道11的距离以任意单位绘制，在y轴上，幅度以任意单位绘制。实线示出沿着轨道11在它们的位置绘制的平均相对值ARV。这意味着，这条线是轨道11的指纹。虚线是确定指纹后检测到的相对值RV。针对大多数测量段12、22，相对值RV位于平均相对值ARV的范围内。然而，针对少数测量段12、22，相对值RV高于平均相对值AV。在该位置的轨道的缺陷或变化可以是相对值RV增加的原因。

图6示出了用于两条铁路轨道11的平均相对值ARV。在x轴上，沿轨道11的距离以任意单位绘制，在y轴上，幅度以任意单位绘制。实线示出了用于第一轨道11的平均相对值ARV。虚线示出了用于第二轨道11的平均相对值ARV。可以看出，针对两个轨道11，平均相对值ARV明显不同。因此，通过采用本文描述的方法，可以区分轨道车辆正在轨道11中的哪条轨道上移动。

附图标记

10：分布式声学传感器

11：轨道

12：第一测量段

13：输出

14：光纤

15：监测系统

16：评估单元

17：检测单元

18：事件单元

19：比较器单元

20：存储单元

21：输入

22：第二测量段

ARV：平均相对值

DV：差值

EV1：第一事件监测信号值

EV2：第二事件监测信号值

IN：输入信号

IV：初始监测信号值

MS：监测信号

MSV：监测信号值

RV：相对值

UT：上限阈值

LT：下限阈值

WS：警告信号

S1-S8：步骤。

Claims (15)

1.一种用于监测铁路轨道的方法(11)，所述方法包括：

-通过沿轨道(11)布置的分布式声学传感器(10)检测监测信号(MS)，其中每个监测信号(MS)包括所述分布式声学传感器(10)针对第一测量段(12)的监测信号值(MSV)和所述分布式声学传感器(10)针对第二测量段(22)的监测信号值(MSV)，

-根据在轨道车辆通过所述第一测量段(12)的位置期间检测到的监测信号值(MSV)来确定针对所述第一测量段(12)的第一事件监测信号值(EV1)，

-根据在轨道车辆通过所述第二测量段(22)的位置期间检测到的监测信号值(MSV)来确定针对所述第二测量段(22)的第二事件监测信号值(EV2)，以及

-确定差值(DV)，其中所述差值(DV)与平均相对值(ARV)和相对值(RV)之间的差相关，其中所述相对值(RV)由所述第一事件监测信号值(EV1)和所述第二事件监测信号值(EV2)之间的相对差给定，其中

-所述平均相对值(ARV)与根据轨道车辆的先前通过确定的相对值(RV)的平均值相关。

2.根据前一权利要求所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，所述分布式声学传感器(10)包括沿所述轨道(11)布置的光纤(14)并且所述监测信号(MS)是提供给所述光纤(14)的输入信号(IN)的反向散射信号。

3.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，上限阈值(UT)由所述平均相对值(ARV)的方差或标准差与k值的乘积给定，并确定所述差值(DV)是否超过所述上限阈值(UT)。

4.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，下限阈值(LT)由所述平均相对值(ARV)的方差或标准差与l值的乘积给定，并确定所述差值(DV)是否低于所述下限阈值(LT)。

5.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，所述第一测量段(12)和所述第二测量段(22)各自与沿着所述分布式声学传感器(10)的预定距离相关。

6.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，所述第一事件监测信号值(EV1)与所述第一测量段(12)内通过的轨道车辆发射的能量的总和成比例，或所述第一事件监测信号值(EV1)与所述第一测量段(12)内通过的轨道车辆发射的能量的平均值成比例。

7.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，所述相对差与相应的比例相关。

8.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，每个监测信号值(MSV)是信噪比。

9.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，所述方法还包括确定通过所述第一测量段(12)的位置的轨道车辆的速度，和相对于所述轨道车辆的速度归一化所述第一事件监测信号值(EV1)。

10.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，为了根据轨道车辆的先前通过确定所述相对值(RV)，这些轨道车辆在轨道(11)上的位置通过使用关于轨道车辆的移动的进一步信息来确定。

11.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，确定所述平均相对值(ARV)和所述相对值(RV)之间的相关性。

12.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，确定所述平均相对值(ARV)和所述相对值(RV)之间的第一相关性，并且其中，确定另一轨道(11)的平均相对值(ARV)和所述相对值(RV)之间的第二相关性。

13.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，针对多个第一测量段(12)和多个第二测量段(22)执行所述方法。

14.根据前述权利要求之一所述的用于监测铁路轨道(11)的方法，其中，在确定相对值(RV)之后，将根据轨道车辆的先前通过确定的相对值(RV)之一替换为所述相对值(RV)。

15.一种用于监测铁路轨道(11)的监测系统(15)，所述监测系统(15)包括：

-评估单元(16)，其连接到沿所述轨道(11)布置的分布式声学传感器(10)，其中

-所述评估单元(16)包括检测单元(17)，所述检测单元(17)被配置为接收由所述分布式声学传感器(10)检测到的监测信号(MS)，其中每个监测信号(MS)包括所述分布式声学传感器(10)针对第一测量段(12)的监测信号值(MSV)和所述分布式声学传感器(10)针对第二测量段(22)的监测信号值(MSV)，

-所述评估单元(16)包括事件单元(18)，所述事件单元(18)被配置为根据在轨道车辆通过所述第一测量段(12)的位置期间检测到的监测信号值(MSV)来确定针对所述第一测量段(12)的第一事件监测信号值(EV1)，并根据在轨道车辆通过所述第二测量段(22)的位置期间检测到的监测信号值(MSV)来确定针对所述第二测量段(22)的第二事件监测信号值(EV2)，

-所述评估单元(16)包括比较器单元(19)，所述比较器单元(19)被配置为确定差值(DV)，其中所述差值(DV)与平均相对值(ARV)和相对值(RV)之间的差相关，其中所述相对值(RV)由所述第一事件监测信号值(EV1)和第二事件监测信号值(EV2)之间的相对差给定，和

-所述平均相对值(ARV)与根据轨道车辆的先前通过确定的相对值(RV)的平均值相关。

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