CN204415435U - 基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统，它包括总站路由设备、监控中心、分布式光纤传感系统，所述总站路由设备与监控中心服务器连接，所述分布式光纤传感系统通过有线或无线网络与总站路由设备连接。采用光缆作为传输和传感的媒介，特别适合应用在传统电子传感器无法工作的恶劣环境下。实现百公里范围内连续在线监测，具有定位精确、应变和温度测量指标优良、容量大、综合成本低、安装方便、适应性好等诸多优点。

Description

基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统

技术领域

本实用新型属于异物侵限监测技术领域，具体涉及一种基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统。

背景技术

近年来，高速铁路在我国得到了蓬勃发展。高速铁路的特点是：行车速度快、行车密度大，一旦发生事故其造成的后果会非常严重，因此，保障运行列车的安全成为日益凸显的重要研究内容。

高速铁路防灾安全监控系统的作用是，当发现运行环境异常，或有可能形成危害的物体侵入限界等情况时，需及时考虑对列车采取非正常措施，如及时制动停车，避免或减小事故灾害损失。列车运行环境是指综合多种外界影响因素的集合，包含风、雪、雨、地震、滑坡、泥石流、异物侵限、火灾等内容。针对可能的异物入侵，目前铁路线路普通遍用护栏网隔离、人工巡线和网络摄像头监视相结合，此种方式弊端明显：1、防护网不具备报警功能，不能及时通报监控中心及时处理入侵；2、人工巡线速度较慢，铁路线路有着较大的无监视周期；3、网络摄像头监测范围非常有限，一般不超过几百米，存在监测盲点，若要实现上百公里的监测，需要安装数以百计的摄像头，成本非常高，同时，摄像头夜间监测效果很差。

近年来光纤布拉格光栅传感技术发展迅速，已经开始在铁路入侵事件监测中有应用，例如中国专利文献(专利号201020302079.0)公开了一种异物侵限监控装置，包括复合材料格栅和设置于复合材料格栅内的异物侵限传感器；所述异物侵限传感器采用光纤光栅。还包括波长解调仪和控制器；波长解调仪接收并识别光纤光栅的反射光的波长，再将波长的变化输入控制器进行分析处理。但即使规模最大的光纤光栅传感网络也只能进行几百个点的有效监测，远不能满足长距离范围内在线监测要求。以上方式均不能满足高铁沿线实时在线监测要求，迫切需要一种全分布式的监测手段。

发明内容

本实用新型为了克服现有监测手段监测距离较短，监测范围局限，处理入侵不及时等缺陷，提出了一种基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统。

本实用新型提供了一种基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统，它包括总站路由设备、监控中心，所述总站路由设备与监控中心服务器连接，它还包括分布式光纤传感系统，所述分布式光纤传感系统通过有线或无线网络与总站路由设备连接。所述分布式光纤传感系统可以为基于布里渊散射原理的应变和温度传感系统[BOTDA(R)]，或者基于拉曼散射原理的温度传感系统(ROTDR)，或者基于干涉原理的振动检测系统，或者基于偏振态检测原理的振动传感系统(POTDR)，或者基于窄线宽光源相干相位检测的应变传感系统(Φ–OTDR)等。分布式光纤传感系统在线性区域监测和预警方面有着无可比拟的巨大优势，首先，分布式光纤传感系统是无源系统，以光作为报警信号的载波，不受电磁干扰，速度快，容量大。其次，作为光的传播媒介的光纤具有耐腐蚀、耐高温高压、容量大等优势。再者，分布式光纤传感系统均采用光时域反射技术(OTDR)进行故障的定位，实现百公里范围内的在线连续监测。

进一步的，所述分布式光纤传感系统包括传感光缆，所述传感光缆以挂网或埋地方式进行铺设。采用挂网方式铺设实现起来最为简单，施工难度低，速度快，也便于维护，更为重要的优点是以高铁护栏网作为安装基底，外界应变和温度传感信息可以更有效的传递给光缆，这对于重点区域(如公铁路隔离区域、隧道桥梁、自然保护区的动物隔离边界等)，危险区域(如山区滑坡、泥石流易发地、火灾易发地等)的监测显得尤为重要。埋地方式施工难度较大，但铁路沿线一般都会并行铺设通信光缆，借用铁路线路通信光缆的其中一芯可避免光缆的单独铺设带来的施工难度和长周期。

进一步的，所述分布式光纤传感系统还包括分站解调设备，所述分站解调设备用于传感光缆应变、温度、振动信号的探测、采集、解调。

更进一步的，所述分布式光纤传感系统还包括分站工控PC机，所述分站工控PC机用于传感光缆应变、温度、振动信号的处理、显示以及数据的汇总传输。所述分站工控PC机软件应用模式识别技术，所谓模式识别技术，就是对采集到的传感光缆应变或温度信号进行分析，找到不同入侵事件信号的时域和频域特征，并将各种入侵事件类型写入系统的记忆库，这样系统将在此后遇到相同类型入侵事件时首先进行信号分析和模式比对，做出针对性的预警，从而大大增加了预警的信息量，这对指挥故障排除有着重要价值。同时，模式识别技术也是系统预警可靠性的基本要求，诸如风、雨、鸟类攀附等“干扰因素”都不会引起系统的报警反应。

优选的，所述传感光缆采用2芯或4芯的铠装单模光缆。

本实用新型的有益效果为：

1、采用光缆作为传输和传感的媒介，是全无源网络，因此具有耐腐蚀、抗电磁干扰、耐高温高压等优点，特别适合应用在传统电子传感器无法工作的恶劣环境下。

2、实现百公里范围内连续在线监测，并且具有定位精确、应变和温度测量指标优良、容量大、综合成本低、安装方便、适应性好等诸多优点，对于高铁沿线的环境变化监测有着独有的巨大优势。

3、借助模式识别技术，可以实时和智能得对入侵事件进行判断和预警，这对于高铁网络的安全运行有着积极的推进意义。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

附图标记：

1.以太网，2.总站路由设备，3.监控中心，4.服务器，5.传感光缆，6.分站解调设备，7.分站工控PC机。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式：

本实施例提供的基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统，由分布式布里渊光纤传感系统、以太网1、总站路由设备2、监控中心3组成，所述分布式布里渊光纤传感系统通过以太网1与总站路由设备2连接，所述总站路由设备2与监控中心3的服务器4连接。所述分布式布里渊光纤传感系统包括传感光缆5，所述传感光缆5以挂网方式进行铺设，也就是将传感光缆5挂接在高铁护栏网上。所述分布式布里渊光纤传感系统还包括分站解调设备6，所述分站解调设备6用于传感光缆5应变、温度信号的探测、采集、解调。所述分布式布里渊光纤传感系统还包括分站工控PC机7，所述分站工控PC机7用于传感光缆应变、温度信号的处理、显示以及数据的汇总传输。

本实施例系统安装使用时，将分站解调设备6和分站工控PC机7放置在高铁沿线客运站或者维修站，当有入侵事件发生时，传感光缆5内部布里渊散射光的频率偏移，通过分站解调设备6获取偏移量，结合光时域分析技术(OTDR)，精确确定传感光缆5发生应变或温度变化的位置，经各分站分布式布里渊光纤传感系统获取的高铁沿线边界应变和温度信息通过以太网1传输到总站汇总，经总站路由设备2集中在监控中心3实时显示。监控中心3根据入侵事件点反馈的故障信息，就可以高效、科学地安排抢修工作。

本实施例系统可实现60km无中继分布式应变和温度测量，应变测量精度±20με，温度测量精度±1.5℃，空间分辨率±2m。若分站解调设备6采用双通道解调，即可实现分站监控点两侧60km，即120km铁路线路的安全监测。

本实用新型所述系统并不局限于仅应用分布式布里渊光纤传感系统，如对温度特别敏感的火灾易发区段的监测，基于拉曼散射原理的温度传感系统(ROTDR)是更好地选择，在30km范围内，测温精度达到±1℃，空间分辨率达到±1m，这对于火灾易发点的精确温度测定和精确空间定位是非常实用的。同时，基于干涉原理的振动检测技术、基于偏振态检测原理的振动传感系统(POTDR)以及基于窄线宽相干光源相位检测的应变传感系统(Φ–OTDR)，三者有着相对低廉的成本，也是中短距离高铁线路边界入侵在线监测的不错选择。

Claims (5)

1.一种基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统，它包括总站路由设备、监控中心，所述总站路由设备与监控中心服务器连接，其特征在于：它还包括分布式光纤传感系统，所述分布式光纤传感系统通过有线或无线网络与总站路由设备连接。

2.如权利要求1所述的基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统，其特征在于：所述分布式光纤传感系统包括传感光缆，所述传感光缆以挂网或埋地方式进行铺设。

3.如权利要求2所述的基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统，其特征在于：所述分布式光纤传感系统还包括分站解调设备，所述分站解调设备用于传感光缆应变、温度、振动信号的探测、采集、解调。

4.如权利要求3所述的基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统，其特征在于：所述分布式光纤传感系统还包括分站工控PC机，所述分站工控PC机用于传感光缆应变、温度、振动信号的处理，显示以及数据的汇总传输。

5.如权利要求2或3或4所述的基于全分布式光纤传感的高铁线路边界入侵在线监测系统，其特征在于：所述传感光缆采用2芯或4芯的铠装单模光缆。