專利名稱：用于檢測石塊墜落的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及石塊墜落事件檢測。具體實施例提供了用于石塊墜落檢測的系統(tǒng)和方 法。
背景技術(shù)：
在鐵路軌道附近發(fā)生的石塊墜落事件和其他相似事件(例如雪崩和沖潰)可能破 壞軌道，可能破壞經(jīng)過的列車并且在一些情況中，可能使經(jīng)過的列車出軌，這依次可能引起 對列車的顯著破壞以及對列車運送的人員和/或財產(chǎn)的傷害。在其他運送道路(例如，公 路、橋梁、地鐵軌道等)附近發(fā)生的相似事件可能引起相似的破壞。用于檢測鐵路軌道附近的石塊墜落的現(xiàn)有技術(shù)牽涉所謂的“滑動柵欄”?；瑒訓艡?并入了電流承載導線，其在柵欄柱之間在鐵路軌道旁邊延伸。墜落石塊可能撞擊并斷開這 些導線中的一個或多個，使相應的電路開路并且阻礙電流從中流過?？梢詸z測這種電流改 變以生成石塊墜落指示。由于墜落石塊可能不撞擊或斷開導線，但是仍可能對經(jīng)過的列車 呈現(xiàn)危險，因此滑動柵欄是不可靠的。例如，當導線被動物等斷開時，滑動柵欄還往往生成 錯誤肯定結(jié)果。此外，如果滑動柵欄觸發(fā)(即導線斷開)，則必須修復滑動柵欄(即必須更 換斷開的導線)并且鐵路交通可能被延遲直至滑動柵欄被修復。通常需要克服或改善現(xiàn)有技術(shù)的這些和/或其他缺陷的用于石塊墜落檢測的系 統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種用于檢測鐵路軌道區(qū)間附近的石塊墜落的系統(tǒng)。該 系統(tǒng)包括多個路基傳感器，其沿軌道區(qū)間隔開，每個路基傳感器位于緊鄰軌道區(qū)間的路基 中但是同與軌道區(qū)間關(guān)聯(lián)的鐵軌和枕木隔開、并且每個路基傳感器對聲能量敏感并且被配 置為響應于檢測到聲能量生成相應的路基傳感器信號；以及信號處理單元，其以可操作的 方式連接以接收來自多個路基傳感器的路基傳感器信號，該信號處理單元被配置為至少部 分基于路基傳感器信號檢測軌道區(qū)間附近的石塊墜落事件。本發(fā)明的另一方面提供了一種用于檢測鐵路軌道區(qū)間附近的石塊墜落的方法。該 方法包括提供多個路基傳感器，其沿軌道區(qū)間隔開，并且將每個路基傳感器安置在緊鄰軌 道區(qū)間的路基中但是同與軌道區(qū)間關(guān)聯(lián)的鐵軌和枕木隔開，每個路基傳感器對聲能量敏感 并且被配置為響應于檢測到聲能量生成相應的路基傳感器信號；接收來自多個路基傳感器 的路基傳感器信號；以及處理路基傳感器信號以至少部分基于路基傳感器信號檢測軌道區(qū)
12間附近的石塊墜落事件。本發(fā)明的其他方面提供了包括計算機指令的計算機程序產(chǎn)品，這些計算機指令在 被處理器執(zhí)行時使處理器執(zhí)行本發(fā)明的方法。下文描述了本發(fā)明的具體實施例的其他特征和方面。


在示出本發(fā)明的非限制性實施例的附圖中圖1是被配置為檢測鐵路軌道區(qū)間附近的石塊墜落的根據(jù)特定實施例的石塊墜 落檢測系統(tǒng)的示意圖；圖2A示出了適于與圖1的石塊墜落檢測系統(tǒng)一起使用并且并入了路基傳感器的 根據(jù)特定實施例的傳感器陣列；圖2B示出了可以并入圖1的石塊墜落檢測系統(tǒng)的任何一個或多個傳感器陣列的 鐵軌傳感器；圖3是適于與圖1的石塊墜落檢測系統(tǒng)一起使用的根據(jù)特定實施例的信號處理單 元的示意圖；圖4A是示出在用于許多傳感器的圖3的數(shù)據(jù)處理器處獲得的關(guān)于小石塊墜落事 件的典型的數(shù)字化和時間戳傳感器數(shù)據(jù)的圖線；圖4B是示出在用于許多傳感器的圖3的數(shù)據(jù)處理器處獲得的關(guān)于經(jīng)過的列車的 典型的數(shù)字化和時間戳傳感器數(shù)據(jù)的圖線；圖4C是示出在用于許多傳感器的圖3的數(shù)據(jù)處理器處獲得的關(guān)于經(jīng)過的高軌 (highrail)車輛的典型的數(shù)字化和時間戳傳感器數(shù)據(jù)的圖線；圖4D是示出在用于許多傳感器的圖3的數(shù)據(jù)處理器處獲得的關(guān)于現(xiàn)場發(fā)電機的 激活的典型的數(shù)字化和時間戳傳感器數(shù)據(jù)的圖線；圖4E是示出在用于許多傳感器的圖3的數(shù)據(jù)處理器處獲得的關(guān)于明顯的石塊墜 落事件的典型的數(shù)字化和時間戳傳感器數(shù)據(jù)的圖線；圖5示意性地圖示了可以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)確定的許多處理參數(shù)；圖6A和6B分別示出了關(guān)于石塊墜落事件的典型的數(shù)字化時間戳傳感器數(shù)據(jù)和相 應的STA/LTA比；圖6C和6D分別示出了與典型的石塊墜落事件關(guān)聯(lián)的0. 4秒?yún)^(qū)間的時間戳數(shù)字傳 感器數(shù)據(jù)及其相應的FFT ；圖6E和6F分別示出了與典型的列車事件關(guān)聯(lián)的0. 4秒?yún)^(qū)間的時間戳數(shù)字傳感器 數(shù)據(jù)及其相應的FFT ；圖6G和6H分別示出了與典型的高軌車輛事件關(guān)聯(lián)的1. 0秒?yún)^(qū)間的時間戳數(shù)字傳 感器數(shù)據(jù)及其相應的FFT ；圖61和6J分別示出了與圖1的軌道區(qū)間附近的發(fā)電機的操作關(guān)聯(lián)的11秒?yún)^(qū)間 的時間戳數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)及其相應的FFT ；圖7A示意性地示出了根據(jù)特定實施例的用于事件檢測方法的方法；圖7B示意性地示出了根據(jù)特定實施例的可以作為圖7A的事件檢測方法的一部分 執(zhí)行的用于事件后處理的方法；
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圖7C示意性地示出了根據(jù)特定實施例的可以作為圖7A的事件檢測方法的一部分 執(zhí)行的用于估計石塊墜落事件的位置的方法；圖7D示意性地示出了根據(jù)特定實施例的可以作為圖7A的事件檢測方法的一部分 執(zhí)行的用于針對石塊墜落事件采取適當?shù)男袆拥姆椒?；圖8是響應于經(jīng)過的列車的圖1的石塊墜落檢測系統(tǒng)中的許多個傳感器的觸發(fā)狀 態(tài)的示意圖；圖9A示出了圖1的石塊墜落檢測系統(tǒng)的許多個傳感器對石塊墜落事件的典型響 應；圖9B是圖9A的傳感器的觸發(fā)狀態(tài)的示意圖；圖10示意性地圖示了根據(jù)示例性實施例的圖1的系統(tǒng)的部署方法；以及圖11示意性地圖示了根據(jù)特定實施例的區(qū)別可能由人或其他動物引起的系列事 件的方法。
具體實施例方式在下面的描述通篇中，闡述了具體細節(jié)以便于提供本發(fā)明的更透徹的理解。然而， 本發(fā)明可以在沒有這些細節(jié)的情況下實施。在其他情形中，未詳細示出或描述公知的元件 以避免不必要地使本發(fā)明模糊。因此，說明書和附圖應被視為說明性的而非限制性的。本發(fā)明的方面提供了用于使用路基傳感器檢測鐵路軌道或相似軌道附近的石塊 墜落事件的系統(tǒng)和方法。路基傳感器與軌道隔開。特定實施例允許使用來自路基傳感器的 信號區(qū)別石塊墜落事件和其他類型的事件并且檢測石塊墜落事件的震源。圖1是被配置為檢測鐵路軌道區(qū)間12附近的石塊墜落的根據(jù)特定實施例的石塊 墜落檢測系統(tǒng)10的示意圖。軌道區(qū)間12可以典型地位于傾斜區(qū)域中，其可能呈現(xiàn)石塊從 上坡14朝向下坡16墜落的風險。這不是必需的。軌道區(qū)間12可以位于山谷中并且可能 具有其兩側(cè)的向上的斜坡。在一些實施例中，軌道區(qū)間12的長度范圍可以是100m-5km。在 其他實施例中，軌道區(qū)間12可以具有其他長度。為了便利這里的描述，使用了許多方向約 定。如圖1中的示意性軸所示，ζ方向指的是豎直方向(即重力方向)，y方向沿軌道區(qū)間 12取向并且χ方向指的是與軌道區(qū)間12交叉的方向。石塊墜落系統(tǒng)10包括沿軌道區(qū)間12安置的多個傳感器陣列18。如下文更詳細討 論的，傳感器陣列18包括用于檢測聲和/或振動能量的一個或多個傳感器。在圖示實施例 中，存在對應于軌道區(qū)間12的η個傳感器陣列18。通常，數(shù)目η可以是提供下文描述的功 能的任何適當?shù)臄?shù)目并且可以取決于軌道區(qū)間12附近的基層的巖土特性。傳感器陣列18在y方向上按距離20彼此隔開。在一些實施例中，距離20的范圍 是5-100m。在其他實施例中，該范圍是10-50m。在另外的實施例中，該范圍是10_30m。距 離20可以基于許多因素，作為非限制性示例，包括傳感器陣列18中使用的傳感器的特性 (例如傳感器類型、信噪比等)、巖土特性(例如地質(zhì)基層的質(zhì)量因素)、性能要求(例如期 望系統(tǒng)10檢測的石塊墜落的幅值)和/或其他因素(例如本地天氣模式、本地天然和/或 人造噪聲源)。距離20在系統(tǒng)10中可以是均勻的，但是這不是必需的。通常，在相鄰的每 對傳感器陣列18之間，距離20可以不同。每個傳感器陣列18生成一個或多個相應的傳感器信號22。在圖示實施例中，傳感器信號22是模擬信號，但這不是必需的。在一些實施例中，傳感器陣列18可以輸出數(shù)字傳 感器信號。傳感器信號22沿傳送線路M傳送到中央信號處理單元沈。傳送線路M可以 通過諸如由適當?shù)慕饘?、塑料、纖維等制成的管道的保護導管(圖1中未示出)延伸。傳送 線路M可以被電氣屏蔽以防止來自外部源的電氣干擾和/或防止信號22之間的串擾。對 于每個傳感器陣列18，圖1的示意圖示出了單個信號22和單個傳送線路M。這不是必需 的。通常，傳感器陣列18可以包括生成相應的多個信號22的多個傳感器，多個信號22依 次可以在相應的多個傳送線路M上傳送到信號處理單元沈。本領域的技術(shù)人員將意識到， 如果需要，來自傳感器陣列18的信號22可以在傳送線路M上復用。在圖示實施例中，系統(tǒng)10包括一個或多個可選的圖像捕獲設備34。圖像捕獲設備 34可以包括例如，閉路電視相機。在一些實施例中，圖像捕獲設備34捕獲數(shù)字圖像和/或 數(shù)字視頻。信號處理單元沈可以使用沿傳送線路40遞送到圖像捕獲設備的信號38來控 制圖像捕獲設備34。圖像捕獲設備34捕獲的圖像數(shù)據(jù)36可以沿相同的傳送線路40傳送 到信號處理單元沈。傳送線路40可以代表不止一條實際線路。在一些實施例中，不需要傳 送線路40并且相機控制信號38可以從信號處理器單元沈無線傳送到圖像捕獲設備34并 且圖像數(shù)據(jù)36可以從圖像捕獲設備34無線傳送回信號處理單元26。信號處理單元沈可以容納在例如小的建筑物等的適當保護的外殼(未示出)中。 在信號處理單元沈處，傳感器信號22被數(shù)字化并且被處理以檢測石塊墜落事件。下文更 詳細描述的檢測石塊墜落事件的處理信號22可以包括區(qū)別石塊墜落事件和其他事件。作 為非限制性示例，這些其他的事件可以包括經(jīng)過的列車、經(jīng)過的高軌車輛(例如在軌道區(qū) 間12上行駛的貨車)、其他天然噪聲源(例如瀑布、倒下的樹或動物)和/或其他人造噪聲 源(例如發(fā)電機或行人)。系統(tǒng)10可以可選地包括針對遠程工作站30的網(wǎng)絡連接28。網(wǎng)絡連接28可以是 例如有線網(wǎng)絡連接、無線網(wǎng)絡連接和/或光纖網(wǎng)絡連接。在一些實施例中，遠程工作站30可 以經(jīng)由網(wǎng)絡連接觀連接到系統(tǒng)10以執(zhí)行許多功能，這些功能可以包括(作為非限制性示 例)監(jiān)控系統(tǒng)10的狀態(tài)，記錄或存儲系統(tǒng)10捕獲的數(shù)據(jù)，重新校準或重新配置系統(tǒng)10，更 新系統(tǒng)10使用的軟件等。在一些實施例中，傳感器陣列18捕獲的一些或所有數(shù)據(jù)可以經(jīng) 由網(wǎng)絡連接觀傳送到遠程工作站30并且該數(shù)據(jù)可以在遠程工作站30處被處理以按照與 信號處理單元沈檢測石塊墜落事件的相似方式檢測石塊墜落事件，如下文更詳細描述的。系統(tǒng)10可以是并入與系統(tǒng)10相似的其他系統(tǒng)32的更大的系統(tǒng)(未示出)的模 塊部分。例如，信號處理單元沈可以可選地鏈接(經(jīng)由網(wǎng)絡連接觀或者經(jīng)由某種其他的 網(wǎng)絡連接)到用于與系統(tǒng)10相似的其他系統(tǒng)32的相似的信號處理單元。在圖1的圖示實施例中，傳感器陣列18位于軌道區(qū)間12的上坡側(cè)14。這不是必 需的。在一些實施例中，傳感器陣列18可以另外地或者替選地位于軌道區(qū)間12的下坡側(cè) 16。在一些實施例中，單個傳感器陣列18可以包括多個聲或振動能量傳感器，一些傳感器 可以位于上坡側(cè)14而一些傳感器可以位于下坡側(cè)16。傳感器陣列18均可以包括一個或多個聲能量傳感器。作為非限制性示例，適當?shù)?聲能量傳感器可以包括基于電磁感應的傳感器(其可以被稱為地音探聽器)、加速計、壓 電傳感器、基于電活化聚合物的傳感器、光傳感器、電容傳感器、微機械傳感器等。如本領域 中已知的，一些聲能量傳感器可以是定向的，例如一些聲傳感器可以具有一個或多個軸，它
15們在這樣的軸上對聲能量更敏感。在一些實施例中，這些聲能量傳感器的輸出通常與感測 的聲能量相關(guān)(例如成比例)。在其他實施例中，這些聲能量傳感器的輸出通常與諸如傳感 器部件的位移、速度或加速度的其他參數(shù)相關(guān)(例如成比例)。圖2A圖示了適于與石塊墜落檢測系統(tǒng)10 —起使用的根據(jù)特定實施例的傳感器陣 列18。在圖2A的實施例中，傳感器陣列18包括單個單軸電磁感應型傳感器50，其位于軌道 區(qū)間12的上坡側(cè)14。傳感器50位于支撐軌道區(qū)間12的路基52中并且與軌道區(qū)間12隔 開，即傳感器50不與軌道M或枕木56直接接觸。在這里的描述中，該類型的傳感器50 (其 至少部分地位于軌道區(qū)間12的路基52中并且與軌道區(qū)間12隔開)可以被稱為路基傳感 器。傳感器50可以被裝入保護殼體58，其(在圖示實施例中)包括可以由諸如適當?shù)乃?料、纖維、鋼等適當材料制成的填充灰漿的外殼。保護殼體58 (和傳感器50)可以位于在路基52中在軌道區(qū)間12旁邊挖掘的溝槽 60中。在圖示實施例中，圍繞殼體58的區(qū)域62填充有壓實沙粒，這可以改進聲傳導和/或 保護傳感器50和傳送線路M抵御路基52中可能存在的尖銳石塊，并且溝槽60的剩余區(qū) 域64由路基52回填。在圖示實施例中，傳感器50耦合到錨定樁66，其可以被打進路基52 下面和/或填沙區(qū)域62下面的基層中。樁66可以被安放、整形和/或另外配置為提供與 軌道區(qū)間12的區(qū)域中的地質(zhì)基層的良好的聲耦合。如上文提到的，圖2A的實施例的傳感器50是單軸傳感器。傳感器50的靈敏軸是 ζ軸并且傳感器50生成單個相應的信號22。在一個特定實施例中，信號22通常與傳感器 50的部件的感測速度相關(guān)(例如成比例)。然而，如上文討論的，在其他實施例中，信號22 可以通常與諸如相應的傳感器部件的感測的位移、加速度或能量的其他參數(shù)相關(guān)(例如成 比例)。本發(fā)明人已確定單軸(ζ軸)傳感器足以用于檢測適當陡峭的斜坡上的石塊墜落的 目的。將意識到，單軸傳感器的成本低于多軸傳感器。然而，在一些環(huán)境中或者在一些應用 中，可能期望并入多軸傳感器。因此，在一些實施例中，傳感器50可以是多軸的或者傳感器 陣列18可以包括在不同方向上取向的多個單軸傳感器。在這些實施例中，多軸傳感器生成 的信號22的數(shù)目可以對應于其軸的數(shù)目或者多個單軸傳感器生成的信號22的數(shù)目可以對 應于單軸傳感器的數(shù)目。如上文討論的，傳感器50電子連接到傳送線路M用于向信號處理單元沈傳送相 應的傳感器信號22。如圖2A中所示，傳送線路M可以通過適當?shù)谋Ｗo導管68延伸，導管 68可以由諸如適當?shù)乃芰?、纖維、鋼等適當材料制成。在一些實施例中，導管68還可以容納 線纜70 (例如電纜和/或光纜)，其形成了系統(tǒng)10同遠程工作站30和/或其他系統(tǒng)32 (參 見圖1)之間的網(wǎng)絡連接觀和/或與可選的圖像捕獲設備34關(guān)聯(lián)的傳送線路40的一部分。圖2B圖示了可以并入任何一個或多個傳感器陣列18的傳感器80。在圖2B的實 施例中，傳感器80在許多方面與傳感器50 (圖2A)相似，即傳感器80是單軸的電磁感應型 傳感器。傳感器80與傳感器50的不同之處在于，與同軌道M隔開的路基傳感器相反，傳感 器80安裝(經(jīng)由適當?shù)陌惭b硬件82)到軌道M。在這里的描述中安裝到軌道區(qū)間12 (包 括軌道討和/或枕木56)的傳感器可以被稱為鐵軌傳感器。在其他方面，傳感器80可以 與上述傳感器50相似。實驗已經(jīng)確定，鐵軌傳感器可以對墜落石塊和軌道區(qū)間12 (例如軌道M和/或枕 木56)之間的直接接觸更加敏感并且可以對經(jīng)過的列車或高軌車輛更加敏感。因此，在一些實施例中，所期望的是包括一個或多個鐵軌傳感器。然而，在一些實施例中，所期望的是 包括路基傳感器而非鐵軌傳感器或者僅包括路基傳感器，這是因為路基傳感器可以不太 傾向于被沿軌道區(qū)間12經(jīng)過的列車破壞，路基傳感器對于可能牽涉軌道區(qū)間12的物理操 縱(例如，舉起軌道區(qū)間12遠離路基52)的軌道區(qū)間12的維護可以是更加耐用的，路基傳 感器可以產(chǎn)生更均勻的信號，路基傳感器可以呈現(xiàn)空間衰減的更大差異并且因此可以導致 石塊墜落事件的震源的更準確的定位，并且對于相同的數(shù)據(jù)獲取硬件，路基傳感器可以對 于可能允許較低的采樣速率和相應的較高位分辨率的高頻振動不太敏感。圖3是適于與石塊墜落檢測系統(tǒng)10 —起使用的根據(jù)特定實施例的信號處理單元 26的示意圖。在圖示實施例中，信號處理單元沈包括多個(m個)輸入100，其對應于傳送 線路M以及來自傳感器陣列18的信號22。每個輸入信號100是針對相應的信號調(diào)理電 路102提供的。適當?shù)男盘栒{(diào)理電路102對于本領域的技術(shù)人員是公知的，并且作為非限 制性示例，可以包括抗混疊濾波器和放大器。經(jīng)調(diào)理的傳感器信號104隨后被提供給模數(shù) 轉(zhuǎn)換器(ADC) 106。ADC 106對經(jīng)調(diào)理的傳感器信號104采樣并且提供相應的數(shù)字傳感器信 號108。在一個特定實施例中，ADC 106提供M位的數(shù)字分辨率(即數(shù)字傳感器信號108 包括M位樣本序列)，但這不是必需的。在其他實施例中，ADC 106可以輸出具有其他適當 的位深度的數(shù)字傳感器信號108。ADC 106的采樣速率可以被選擇為足夠快以適應關(guān)注頻 率，如下文更詳細描述的。從ADC 106輸出的數(shù)字傳感器信號108被提供給數(shù)據(jù)記錄器110。除了接收數(shù)字 傳感器信號108之外，數(shù)據(jù)記錄器110還從時序同步源114接收時序同步信號112。在一個 特定實施例中，時序同步源114包括全球定位衛(wèi)星(GPQ接收器，其從一個或多個衛(wèi)星源接 收時序信息?；贕PS的時序同步源114在如下實施例中是特別有用的其中系統(tǒng)10是包 括其他部件系統(tǒng)32(圖1)的更大的系統(tǒng)的模塊部件系統(tǒng)，這些其他部件系統(tǒng)32可以具有 他們自己的信號處理單元沈和他們自己的時序同步源114。在這些系統(tǒng)中，基于GPS的時 序同步源114可以跨越模塊部件系統(tǒng)10和其他部件系統(tǒng)32提供同步時序信號112。在其 中僅存在一個信號處理單元沈的其他實施例中，時序同步源114可以包括一個或多個其他 的時序信息源。作為非限制性示例，時序同步源114可以訪問來自內(nèi)部或外部石英壓電振 蕩器的時序信息，時序同步源114可以包括實時時鐘或者適當?shù)挠布r序芯片等。使用時序同步信號112和數(shù)字傳感器信號108，數(shù)據(jù)記錄器110對傳感器陣列 118(圖1)生成的數(shù)據(jù)打時間戳，收集并且記錄該數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄器110可以訪問存儲器 (未明確示出)并且可以使用用于記錄數(shù)字傳感器信號108和來自同步信號112的相應的 時間戳信息的任何適當?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫協(xié)議。數(shù)據(jù)記錄器110可以按時間戳記、按相 應的傳感器和/或按事件的發(fā)生(如下文更詳細解釋的)以編注索引的方式存儲信息或者 以其他方式使其是可訪問的。在一些實施例中，數(shù)據(jù)記錄器110可以以可操作的方式連接 (經(jīng)由網(wǎng)絡接口 122和網(wǎng)絡連接28)到遠程工作站30和/或其他系統(tǒng)32 (參見圖1)。在 圖示實施例中，數(shù)據(jù)記錄器110還以可操作的方式連接(經(jīng)由接口 118)到嵌入式數(shù)據(jù)處理 器 120。在一些實施例中，信號調(diào)理電路102、ADC 106和/或數(shù)據(jù)記錄器110可以由數(shù)據(jù) 獲取單元(DAU) 116實現(xiàn)。各種DAU對于本領域的技術(shù)人員是已知的并且商業(yè)上可獲得自許 多來源。在一些實施例中，DAU 116還可以并入其自己的時序同步源114。在一些實施例中，
17DAU 116可以包括圖3示圖中未明確示出的其他部件。作為非限制性示例，這些部件可以包 括數(shù)字處理部件(例如，數(shù)字濾波器)等。適當?shù)腄AU包括作為非限制性示例的可獲得自 Terrascience Systems Ltd. of Vancouver，Canada的TMA-24 Microseismic Acquisition Unit (微震獲取單元)和其他適當?shù)腄AU。在一些實施例中，所期望的是DAU以大于或等于 500Hz的速率按16位或更多位的位分辨率進行采樣。商業(yè)可獲得的DAU 116可能具有數(shù)目有限的輸入100或者有限的數(shù)據(jù)存儲容量。 因此，在一些實施例中，信號處理單元沈可以包括多個DAU16，每個DAU 16可以按與這里描 述的相似的方式配置。數(shù)據(jù)記錄器110以可操作的方式連接(經(jīng)由接口 118)到數(shù)據(jù)處理器120。數(shù)據(jù)處 理器120可以是適當配置的計算機系統(tǒng)(未示出)的一部分或者可以是嵌入式系統(tǒng)的一部 分。圖3中示意性示出的處理器120可以包括不止一個單獨的數(shù)據(jù)處理器，其可以中心安置 和/或分布。處理器120可以包括內(nèi)部存儲器(未示出)和/或訪問外部存儲器128。處 理器120可以通過軟件IM編程或者以其他方式訪問軟件124。如下文更詳細解釋的，處理 器120可以執(zhí)行軟件124，其依次可以使處理器120處理從數(shù)據(jù)記錄器110獲得的數(shù)據(jù)并且 生成一個或多個輸出126。處理器120還可以經(jīng)由接口 118控制DAU 116、數(shù)據(jù)記錄器110 和/或系統(tǒng)10的操作。在一些實施例中，處理器120可以以可操作的方式連接(經(jīng)由網(wǎng)絡 接口 122和網(wǎng)絡連接28)到遠程工作站30和/或其他系統(tǒng)32(參見圖1)。處理器120可 以經(jīng)由網(wǎng)絡接口 122和網(wǎng)絡連接觀將一些或所有輸出1 輸出到遠程工作站30和/或其 他系統(tǒng)32。在其中系統(tǒng)10包括可選的圖像捕獲設備34的實施例中，信號處理單元沈還可以 包括用于存儲由圖像捕獲設備34捕獲的圖像數(shù)據(jù)36的圖像數(shù)據(jù)存儲器130。圖像數(shù)據(jù)36 可以如圖示實施例中示出的那樣沿傳送線路40遞送到圖像數(shù)據(jù)存儲器130或者可以使用 無線收發(fā)器(未示出)無線遞送到圖像數(shù)據(jù)存儲器130。數(shù)據(jù)處理器120還可以使用相機 控制信號38控制圖像捕獲設備34，該相機控制信號38可以沿傳送線路40和/或無線地傳 送到圖像捕獲設備34。相機控制信號38可以允許圖像捕獲設備34移動(例如搖攝)、縮 放、聚焦等并且可以控制圖像捕獲設備34何時以及如何捕獲圖像數(shù)據(jù)36。圖4A是示出在用于傳感器陣列18中的許多傳感器(例如傳感器50)的處理器 120處獲得的數(shù)字化和時間戳傳感器數(shù)據(jù)的圖線。圖4A的圖線的豎直軸是按二進制計數(shù) (例如ADC 106輸出并且存儲在數(shù)據(jù)記錄器110中的數(shù)字值)測量的并且圖4A的圖線的水 平軸是按毫秒(ms)測量的。如上文所討論的，傳感器陣列18中的聲能量傳感器可以輸出 信號22，其通常與傳感器元件的感測的速度相關(guān)。在這些實施例中，圖4A的圖線的豎直軸 上的二進制計數(shù)也可以與該速度相關(guān)。在傳感器陣列18中的聲能量傳感器表示其他參數(shù) (例如位移、加速度、能量)的情況中，圖4A的圖線的豎直軸上的二進制計數(shù)可以與這些其 他參數(shù)相關(guān)。應當注意，對于圖4A中的各個傳感器圖線，豎直軸的尺度對于每個傳感器是 不同的，即對應于傳感器#l、#(m_l)和#m的圖線具有約(-100，100)的二進制計數(shù)的范圍， 對應于傳感器#2和#4的圖線具有約(-2500,2500)的范圍并且對應于傳感器#3的圖線具 有約(-5000,5000)的范圍。圖4A示出了在處理器120處獲得的關(guān)于在約3，000-7, OOOms的時間在傳感器 #2、#3和#4的區(qū)域中檢測的小事件的典型的數(shù)字化和時間戳傳感器數(shù)據(jù)?？梢钥吹?，在
183，000-7, OOOms的時間段中，傳感器#2、#3和#4的感測信號的幅值(數(shù)千二進制計數(shù)的量 級)明顯大于背景噪聲(數(shù)百二進制計數(shù)的量級)。該事件典型地是小規(guī)模石塊墜落事件， 但是也可能是典型的其他小規(guī)模事件，諸如(作為非限制性示例)石塊面的松散、鄰近的 瀑布活動的涌動、一個或多個動物、因風搖晃的植被或柵欄等。對于鐵路軌道旁邊的典型應 用，圖4A的事件的規(guī)模可以被解釋為足夠小而不被重視。圖4B示出了在處理器120處獲得的關(guān)于經(jīng)過的列車的典型的數(shù)字化和時間戳傳 感器數(shù)據(jù)。如同圖4A，圖4B的圖線的豎直軸是按二進制計數(shù)測量的而水平軸是按毫秒測 量的。然而在圖4B的圖線中，對于每個傳感器，豎直軸位于同一尺度(-2X 106，2X IO6)上。 可以看到，列車事件的時長明顯長于圖4A的事件。圖4C示出了在處理器120處獲得的關(guān)于經(jīng)過的高軌車輛的典型的數(shù)字化和時間 戳傳感器數(shù)據(jù)。圖4C的圖線的豎直軸是按二進制計數(shù)測量的而水平軸是按毫秒測量的。盡 管豎直尺度在關(guān)于各個傳感器的各個圖4C的圖線之間變化，但是可以看到關(guān)于高軌車輛 的各個圖4C的圖線的尺度具有低于圖4B的關(guān)于列車的尺度。在一些環(huán)境中，可能存在另外的事件源，這些事件源對于其中部署系統(tǒng)10的環(huán)境 可能是特別的。這樣的事件的一個示例是系統(tǒng)10附近的發(fā)電機的激活。在期望系統(tǒng)10在 遠程位置操作的情況中，該發(fā)電機可用于對系統(tǒng)10自身提供電力。然而該發(fā)電機不是必需 的并且可以使用其他能源(例如電池、太陽能或風能)向系統(tǒng)10提供電力。圖4D示出了 在處理器120處獲得的關(guān)于系統(tǒng)10附近的發(fā)電機的激活的典型的數(shù)字化和時間戳傳感器 數(shù)據(jù)。圖4D的圖線的豎直軸是按二進制計數(shù)測量的而水平軸是按毫秒測量的。圖4D的圖 線中的關(guān)于每個傳感器的豎直軸位于相同的尺度(-4000,4000)上。圖4E示出了在處理器120處獲得的關(guān)于石塊墜落事件的典型的數(shù)字化和時間戳 傳感器數(shù)據(jù)，對于典型的鐵路應用其具有足以受到關(guān)注的大小。圖4E的圖線的豎直軸是按 二進制計數(shù)測量的而水平軸是按毫秒測量的。將注意，豎直尺度在關(guān)于各個傳感器的各個 圖4E的圖線之間變化。圖4E指示，石塊墜落事件在約19，000-21, OOOms之間發(fā)生。比較 各種傳感器的豎直尺度和感測信號的相應幅值，將看出所發(fā)生的石塊墜落事件較之其他圖 示傳感器相對更接近傳感器#m。在圖4E的石塊墜落事件和圖4A的小規(guī)模事件之間比較豎 直尺度和感測信號的相應幅值，可以看到圖4E的石塊墜落事件具有明顯更大的幅值。在一些實施例中，信號處理單元沈可以基于從傳感器陣列18 (參見圖1)接收的 信號22執(zhí)行系統(tǒng)10的石塊墜落檢測。在特定實施例中，系統(tǒng)10的石塊墜落檢測可能牽涉 處理器120處理來自數(shù)據(jù)記錄器110(或者DAU 116)的數(shù)據(jù)以檢測石塊墜落事件(參見圖 3)。在其他實施例中，可以在經(jīng)由網(wǎng)絡連接觀訪問來自數(shù)據(jù)記錄器110(或者DAU 116)的 數(shù)據(jù)的遠程工作站30和/或其他系統(tǒng)32處執(zhí)行石塊墜落檢測。對于這里剩余部分的描述， 在不喪失一般性的情況下假設通過嵌入式處理器120處理從數(shù)據(jù)記錄器110接收的數(shù)據(jù)來 執(zhí)行石塊墜落檢測。系統(tǒng)10執(zhí)行的一部分石塊墜落檢測牽涉區(qū)別石塊墜落事件和可能不太受關(guān)注的 其他類型的事件，和/或區(qū)別明顯的石塊墜落事件和可能不太受關(guān)注的相對小的石塊墜落 事件。由系統(tǒng)10確定為明顯的石塊墜落事件、但是實際上是不同的事件(例如列車、高軌 車輛和/或發(fā)電機)或者是不明顯的石塊墜落事件的事件在這里的描述中可以被稱為錯誤 肯定檢測結(jié)果。通常，希望使錯誤肯定檢測結(jié)果最少。
為了在使錯誤肯定檢測結(jié)果最少的同時檢測石塊墜落事件，處理器120可以處理 從數(shù)據(jù)記錄器110接收的數(shù)據(jù)以確定多個處理參數(shù)。這些處理參數(shù)中的一些或所有參數(shù)可 以被依次使用以區(qū)別石塊墜落事件和其他事件。圖5示意性地圖示了可以由處理器120使 用從數(shù)據(jù)記錄器110訪問的數(shù)據(jù)確定的許多處理參數(shù)150。下文更詳細地解釋了這些處理 參數(shù)150中的每一個。在一些實施例中，處理器120可以輸出一個或多個處理參數(shù)150作 為輸出126。如上文所討論的，遠程工作站30和/或其他系統(tǒng)32可以經(jīng)由網(wǎng)絡連接28獲 得一些或所有輸出126。處理器120可以處理對應于一個或多個傳感器的數(shù)據(jù)以確定作為處理參數(shù)150之 一的短期平均值(STA)與長期平均值(LTA)的比。該比可以被稱為STA/LTA平均值并且可 以根據(jù)下式計算

權(quán)利要求
1.一種用于檢測鐵路軌道區(qū)間附近的石塊墜落的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個路基傳感器，其沿所述軌道區(qū)間隔開，每個路基傳感器位于緊鄰所述軌道區(qū)間的 路基中但是同與所述軌道區(qū)間關(guān)聯(lián)的鐵軌和枕木隔開、并且每個路基傳感器對聲能量敏感 并且被配置為響應于檢測到聲能量生成相應的路基傳感器信號；信號處理單元，其以可操作的方式連接以接收來自所述多個路基傳感器的路基傳感器 信號，所述信號處理單元被配置為至少部分基于所述路基傳感器信號檢測所述軌道區(qū)間附 近的石塊墜落事件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為檢測多個不同類型的 事件，這些事件包括石塊墜落事件、其中列車在所述軌道區(qū)間上行駛的列車事件和其中高 軌車輛在所述軌道區(qū)間上行駛的高軌車輛事件，并且其中所述信號處理單元被配置為區(qū)別 石塊墜落事件和列車事件或高軌車輛事件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于所述路基傳感 器中的特定的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳感器信號檢測事件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于所述路基傳感 器中的特定的一個路基傳感器，當與相應的路基傳感器信號關(guān)聯(lián)的短期平均值STA/長期 平均值LTA參數(shù)大于開始觸發(fā)閾值(thresh_start)時，檢測所述事件的開始。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為檢測與所述事件的開 始關(guān)聯(lián)的時間tstart。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于所述路基傳感 器中的特定的一個路基傳感器，當與相應的路基傳感器信號關(guān)聯(lián)的STA/LTA參數(shù)小于結(jié)束 觸發(fā)閾值(threSh_end)時，檢測所述事件的結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為檢測與所述事件的結(jié) 束關(guān)聯(lián)的時間tmd。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為根據(jù)下 式確定關(guān)于相應的路基傳感器信號的STA/LTA參數(shù)
9.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為根據(jù)下 式確定關(guān)于相應的路基傳感器信號的STA/LTA參數(shù)其中η > a > 0其中Xi表示相應的路基傳感器信號的第i個樣本的值，η是當前樣本Xn的索弓丨，a是STA時長常數(shù)，c是通過實驗確定的表示無事件時間期間的LTA的常數(shù)，并且是STA/LTA參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于所述路基傳感 器中的特定的一個路基傳感器，當與相應的路基傳感器信號關(guān)聯(lián)的能量參數(shù)大于開始觸發(fā) 閾值(E_thresh_start)時，檢測所述事件的開始，所述能量參數(shù)包括相應的路基傳感器信 號的平方幅度的窗口平均值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為檢測與所述事件的 開始關(guān)聯(lián)的時間tstart。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于所述路基傳 感器中的特定的一個路基傳感器，當與相應的路基傳感器信號關(guān)聯(lián)的能量參數(shù)小于結(jié)束觸 發(fā)閾值(E_thresh_end)時，檢測所述事件的結(jié)束。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為檢測與所述事件的 結(jié)束關(guān)聯(lián)的時間tmd。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為根據(jù) 下式確定關(guān)于相應的路基傳感器信號的能量參數(shù)其中Xi表示相應的路基傳感器信號的第i個樣本的值，η是當前樣本Xn的索弓丨，d是 窗口時長常數(shù)并且En是能量參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求7和13中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為確定 與所述事件關(guān)聯(lián)的時長tto，其中tto = tmd-tstot。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于所述路基傳感 器中的特定的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳感器信號確定與所述事件 關(guān)聯(lián)的時長tdur。
17.根據(jù)權(quán)利要求15和16中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為將 事件時長tdur與一個或多個時長標準比較并且基于這種比較確定所述事件不是石塊墜落事 件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中一個或多個事件時長標準包括時長閾值 (thresh_dur)并且所述信號處理單元被配置為，當所述事件時長tdur大于所述時長閾值 (thresh_dur)時，確定所述事件不是石塊墜落事件。)2
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，當所述事件時長 tdm大于所述時長閾值(thresh_dUr)時，確定所述事件是列車事件或者高軌車輛事件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于所述路基傳 感器中的特定的一個路基傳感器，確定表示具有所述事件期間的最大絕對值的相應的路基 傳感器信號的樣本幅值的峰值質(zhì)點速度PPV參數(shù)，并且其中所述信號處理單元被配置為將 所述PPV參數(shù)與一個或多個幅值標準比較并且基于這種比較確定所述事件是列車事件還 是高軌車輛事件。
21.根據(jù)權(quán)利要求3至18中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于 所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳感器信號確 定與所述事件關(guān)聯(lián)的譜功率分布。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述譜功率分布包括相應的路基傳感器信號的 快速傅里葉變換FFT。
23.根據(jù)權(quán)利要求21至22中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為將所 述譜功率分布與一個或多個譜標準比較并且基于這種比較確定所述事件不是石塊墜落事 件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個譜標準包括頻率閾值(threSh_ freq)，并且所述信號處理單元被配置為，當所述譜功率分布在所述頻率閾值(threSh_ freq)以上的頻率處包括大于特定百分比的其功率時，確定所述事件不是石塊墜落事件。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，當所述譜功率分 布在所述頻率閾值(threSh_freq)以上的頻率處包括大于所述特定百分比的其功率時，確 定所述事件是列車事件或者高軌車輛事件。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于所述路基傳 感器中的特定的一個路基傳感器，確定表示具有所述事件期間的最大絕對值的相應的路基 傳感器信號的樣本幅值的PPV參數(shù)，并且所述信號處理單元被配置為將所述PPV參數(shù)與一 個或多個幅值標準比較并且基于這種比較確定所述事件是列車事件還是高軌車輛事件。
27.根據(jù)權(quán)利要求3至26中任一項所述的系統(tǒng)，包括一個或多個鐵軌傳感器，每個鐵軌 傳感器以可操作的方式接觸與所述軌道區(qū)間關(guān)聯(lián)的鐵軌或枕木、并且每個鐵軌傳感器對聲 能量敏感并且被配置為響應于檢測到聲能量生成相應的鐵軌傳感器信號，并且其中所述信 號處理單元以可操作的方式連接以接收所述鐵軌傳感器信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于所述鐵軌傳 感器中的特定的一個鐵軌傳感器，至少部分地基于其相應的鐵軌傳感器信號確定與所述事 件關(guān)聯(lián)的鐵軌傳感器譜功率分布。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為將所述鐵軌傳感器 譜功率分布與一個或多個譜標準比較并且基于這種比較確定所述事件不是石塊墜落事件。
30.根據(jù)權(quán)利要求3至29中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，對于 所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器及其相應的路基傳感器信號，確定與所述事件 關(guān)聯(lián)的PPV參數(shù)，所述PPV參數(shù)表示具有所述事件期間的最大絕對值的相應的路基傳感器 信號的樣本幅值。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為將PPV與一個或多個幅值標準比較并且基于這種比較確定所述事件不是明顯的石塊墜落事件。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個幅值標準包括幅值閾值 (thresh_PPV)并且所述信號處理單元被配置為，當PPV小于所述幅值閾值(thresh_PPV) 時，確定所述事件不是明顯的石塊墜落事件。
33.根據(jù)權(quán)利要求3至32中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為查明 所述事件是否在隨后的列車事件的時間窗口中發(fā)生，并且如果所述事件在所述 時間窗口 Atpre_teain中發(fā)生，則確定所述事件是列車先兆事件。
34.根據(jù)權(quán)利要求3至33中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為查明 所述事件是否是在最近時間段ΔΤ中已發(fā)生的閾值數(shù)目(threSh_#)的事件中的一個，并且 如果所述事件是所述最近時間段ΔΤ中已發(fā)生的閾值數(shù)目(threSh_#)的事件中的一個，則 確定所述事件是石塊墜落積累的一部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳 感器信號確定與所述事件關(guān)聯(lián)的時長tto，并且即使事件時長tto小于時長閾值(threSh_ dur)，仍確定所述事件可能是石塊墜落事件；以及對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳感 器信號確定與所述事件關(guān)聯(lián)的譜功率分布，并且即使所述譜功率分布在頻率閾值(threSh_ freq)以上的頻率處包括小于特定百分比的其功率，仍確定所述事件可能是石塊墜落事件； 并且其中所述信號處理單元被進一步配置為，在確定所述事件時長tdur和所述譜功率分布 指示所述事件可能是石塊墜落事件之后，對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器 及其相應的路基傳感器信號，確定與所述事件關(guān)聯(lián)的PPV參數(shù)，所述PPV參數(shù)表示具有所述 事件期間的最大絕對值的相應的路基傳感器信號的樣本幅值，并且當PPV大于所述幅值閾 值(threSh_PPV)時，確定所述事件是明顯的石塊墜落事件，或者當PPV小于所述幅值閾值 (thresh_PPV)時，確定所述事件是小石塊墜落事件。
36.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳 感器信號確定與所述事件關(guān)聯(lián)的時長tto，并且即使事件時長tto小于時長閾值(threSh_ dur)，仍確定所述事件可能是石塊墜落事件；以及其中所述信號處理單元被進一步配置為，在確定所述事件時長tdur指示所述事件可能 是石塊墜落事件之后，對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器及其相應的路基傳 感器信號，確定與所述事件關(guān)聯(lián)的PPV參數(shù)，所述PPV參數(shù)表示具有所述事件期間的最大 絕對值的相應的路基傳感器信號的樣本幅值，并且當PPV大于所述幅值閾值(threSh_PPV) 時，確定所述事件是明顯的石塊墜落事件，或者當PPV小于所述幅值閾值(threSh_PPV)時， 確定所述事件是小石塊墜落事件。
37.根據(jù)權(quán)利要求35和36中任一項所述的系統(tǒng)，其中在確定所述事件是明顯的石塊墜 落事件之前，所述信號處理單元被配置為查明所述事件是否在隨后的列車事件的時間窗口 Δ tpre_train中發(fā)生，并且如果所述事件在所述時間窗口 Δ tpre_train中發(fā)生，則確定所述事件是 列車先兆事件而非明顯的石塊墜落事件。
38.根據(jù)權(quán)利要求35至37中任一項所述的系統(tǒng)，其中如果所述信號處理單元確定所述事件是小石塊墜落事件，則所述信號處理單元被配置為查明所述小石塊墜落事件是否是在 最近時間段ΔΤ中已發(fā)生的閾值數(shù)目(threSh_#)的小石塊墜落事件中的一個，并且如果所 述事件是所述最近時間段ΔΤ中已發(fā)生的閾值數(shù)目(threSh_#)的小石塊墜落事件中的一 個，則確定所述事件是石塊墜落積累的一部分。
39.根據(jù)權(quán)利要求1至38中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元檢測與相應的 多個路基傳感器關(guān)聯(lián)的多個石塊墜落事件，所述檢測基于所述多個路基傳感器的相應的多 個路基傳感器信號，并且其中所述信號處理單元被進一步配置為，基于使用曲線擬合最優(yōu) 化技術(shù)將根據(jù)所述相應的多個路基傳感器信號確定的一個或多個參數(shù)擬合到表示與石塊 墜落關(guān)聯(lián)的聲信號空間衰減的模型，來估計石塊墜落震源的位置。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為通過如下操作實現(xiàn) 所述曲線擬合最優(yōu)化技術(shù)循環(huán)遍歷多個潛在震源位置，并且對于所述多個潛在震源位置中的每一個使用根據(jù)所述相應的多個路基傳感器信號確定的一個或多個參數(shù)確定使與所述模型 關(guān)聯(lián)的成本函數(shù)最小的模型參數(shù)；以及確定由所述模型預測的一個或多個參數(shù)和根據(jù)所述相應的多個路基傳感器信號確定 的一個或多個參數(shù)之間的誤差度量；以及在完成所述循環(huán)之后，將具有最低誤差度量的潛在震源位置選擇為所述石塊墜落震源 的估計位置。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中所述成本函數(shù)包括最小二乘成本函數(shù)，所述最 小二乘成本函數(shù)包括項的和，每個項包括由所述模型關(guān)于特定路基傳感器預測的一個或多 個參數(shù)和根據(jù)對應于所述特定路基傳感器的路基傳感器信號確定的一個或多個參數(shù)之間 的取平方的差。
42.根據(jù)權(quán)利要求39至41中任一項所述的系統(tǒng)，其中對于每個路基傳感器信號，根據(jù) 所述相應的多個路基傳感器信號確定的一個或多個參數(shù)包括表示具有其關(guān)聯(lián)的石塊墜落 事件期間的最大絕對值的路基傳感器信號的樣本幅值的PPV參數(shù)。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述模型包括以下至少一個y(x) =Ae_Bx;和其中y (χ)表示距離所述石塊墜落震源為χ處的PPV參數(shù)的幅度，A是表示震源處的 PPV的模型參數(shù)并且B是吸收系數(shù)模型參數(shù)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元被配置為，至少部分地基于 與所述最低誤差度量關(guān)聯(lián)并且表示所述石塊墜落震源的估計位置處的PPV的模型參數(shù)A， 確定是否觸發(fā)警報條件。
45.根據(jù)權(quán)利要求1至44中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述信號處理單元檢測與特定的 路基傳感器關(guān)聯(lián)的多個事件，所述檢測基于所述特定的路基傳感器的相應的路基傳感器信 號，并且其中所述信號處理單元被進一步配置為確定所述多個事件是否可能是所述軌道區(qū) 間附近的人或其他動物，其中確定所述多個事件是否可能是所述軌道區(qū)間附近的人或其他動物包括確定所述多個事件的時間相關(guān)性大于時間相關(guān)性閾值(temp_COrr_thresh)，并 且確定所述多個事件的空間相關(guān)性大于空間相關(guān)性閾值(spat_c0rr_thresh)。
46.一種用于檢測鐵路軌道區(qū)間附近的石塊墜落的方法，所述方法包括提供多個路基傳感器，其沿所述軌道區(qū)間隔開，并且將每個路基傳感器安置在緊鄰所 述軌道區(qū)間的路基中但是同與所述軌道區(qū)間關(guān)聯(lián)的鐵軌和枕木隔開，每個路基傳感器對聲 能量敏感并且被配置為響應于檢測到聲能量生成相應的路基傳感器信號；接收來自所述多個路基傳感器的路基傳感器信號；以及處理所述路基傳感器信號以至少部分基于所述路基傳感器信號檢測所述軌道區(qū)間附 近的石塊墜落事件。
47.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括檢測多個不同類型的事件，這些事件包括石塊 墜落事件、其中列車在所述軌道區(qū)間上行駛的列車事件和其中高軌車輛在所述軌道區(qū)間上 行駛的高軌車輛事件；以及區(qū)別石塊墜落事件和列車事件或高軌車輛事件。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳 感器，至少部分地基于其相應的路基傳感器信號檢測事件。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳 感器，當與相應的路基傳感器信號關(guān)聯(lián)的短期平均值STA/長期平均值LTA參數(shù)大于開始觸 發(fā)閾值(threSh_Start)時，檢測所述事件的開始。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，包括檢測與所述事件的開始關(guān)聯(lián)的時間tstart。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳 感器，當與相應的路基傳感器信號關(guān)聯(lián)的STA/LTA參數(shù)小于結(jié)束觸發(fā)閾值(thresh_end) 時，檢測所述事件的結(jié)束。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，包括檢測與所述事件的結(jié)束關(guān)聯(lián)的時間tmd。
53.根據(jù)權(quán)利要求49至52中任一項所述的方法，包括根據(jù)下式確定關(guān)于相應的路基傳 感器信號的STA/LTA參數(shù)
54.根據(jù)權(quán)利要求49至52中任一項所述的方法，包括根據(jù)下式確定關(guān)于相應的路基傳 感器信號的STA/LTA參數(shù)
55.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳 感器，當與相應的路基傳感器信號關(guān)聯(lián)的能量參數(shù)大于開始觸發(fā)閾值(E_thresh_start) 時，檢測所述事件的開始，所述能量參數(shù)包括相應的路基傳感器信號的平方幅度的窗口平 均值。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，包括檢測與所述事件的開始關(guān)聯(lián)的時間tstart。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳 感器，當與相應的路基傳感器信號關(guān)聯(lián)的能量參數(shù)小于結(jié)束觸發(fā)閾值(E_threSh_end)時， 檢測所述事件的結(jié)束。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，包括檢測與所述事件的結(jié)束關(guān)聯(lián)的時間tmd。
59.根據(jù)權(quán)利要求55至58中任一項所述的方法，包括根據(jù)下式確定關(guān)于相應的路基傳 感器信號的能量參數(shù)
60.根據(jù)權(quán)利要求52和58中任一項所述的方法，包括確定與所述事件關(guān)聯(lián)的時長tto，
61.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳 感器，至少部分地基于其相應的路基傳感器信號確定與所述事件關(guān)聯(lián)的時長tto。
62.根據(jù)權(quán)利要求60和61中任一項所述的方法，包括將事件時長t-與一個或多個時 長標準比較并且基于這種比較確定所述事件不是石塊墜落事件。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中一個或多個事件時長標準包括時長閾值 (thresh_dur)并且所述方法包括當所述事件時長tto大于所述時長閾值(thresh_dur) 時，確定所述事件不是石塊墜落事件。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，包括當所述事件時大于所述時長閾值 (thresh_dur)時，確定所述事件是列車事件或者高軌車輛事件。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳 感器，確定表示具有所述事件期間的最大絕對值的相應的路基傳感器信號的樣本幅值的峰值質(zhì)點速度PPV參數(shù)，并且將所述PPV參數(shù)與一個或多個幅值標準比較并且基于這種比較 確定所述事件是列車事件還是高軌車輛事件。
66.根據(jù)權(quán)利要求48至63中任一項所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定 的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳感器信號確定與所述事件關(guān)聯(lián)的譜功 率分布。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中確定所述譜功率分布包括計算相應的路基傳感 器信號的快速傅里葉變換FFT。
68.根據(jù)權(quán)利要求66至67中任一項所述的方法，包括將所述譜功率分布與一個或多個 譜標準比較并且基于這種比較確定所述事件不是石塊墜落事件。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中所述一個或多個譜標準包括頻率閾值(threSh_ freq)，并且所述方法包括當所述譜功率分布在所述頻率閾值(threSh_freq)以上的頻率 處包括大于特定百分比的其功率時，確定所述事件不是石塊墜落事件。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，包括當所述譜功率分布在所述頻率閾值(threSh_ freq)以上的頻率處包括大于所述特定百分比的其功率時，確定所述事件是列車事件或者 高軌車輛事件。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳 感器，確定表示具有所述事件期間的最大絕對值的相應的路基傳感器信號的樣本幅值的 PPV參數(shù)；將所述PPV參數(shù)與一個或多個幅值標準比較并且基于這種比較確定所述事件是 列車事件還是高軌車輛事件。
72.根據(jù)權(quán)利要求48至71中任一項所述的方法，包括提供一個或多個鐵軌傳感器，每個鐵軌傳感器以可操作的方式接觸與所述軌道區(qū)間關(guān) 聯(lián)的鐵軌或枕木、并且每個鐵軌傳感器對聲能量敏感并且被配置為響應于檢測到聲能量生 成相應的鐵軌傳感器信號；以及接收所述鐵軌傳感器信號。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，包括對于所述鐵軌傳感器中的特定的一個鐵軌傳 感器，至少部分地基于其相應的鐵軌傳感器信號確定與所述事件關(guān)聯(lián)的鐵軌傳感器譜功率 分布。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的方法，包括將所述鐵軌傳感器譜功率分布與一個或多個譜 標準比較并且基于這種比較確定所述事件不是石塊墜落事件。
75.根據(jù)權(quán)利要求48至74中任一項所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定 的一個路基傳感器及其相應的路基傳感器信號，確定與所述事件關(guān)聯(lián)的PPV參數(shù)，所述PPV 參數(shù)表示具有所述事件期間的最大絕對值的相應的路基傳感器信號的樣本幅值。
76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的方法，包括將PPV與一個或多個幅值標準比較并且基于 這種比較確定所述事件不是明顯的石塊墜落事件。
77.根據(jù)權(quán)利要求76所述的方法，其中所述一個或多個幅值標準包括幅值閾值 (thresh_PPV)并且所述方法包括當PPV小于所述幅值閾值(thresh_PPV)時，確定所述事 件不是明顯的石塊墜落事件。
78.根據(jù)權(quán)利要求48至77中任一項所述的方法，包括查明所述事件是否在隨后的列車 事件的時間窗口 Atpre_teain中發(fā)生，并且如果所述事件在所述時間窗口中發(fā)生，則確定所述事件是列車先兆事件。
79.根據(jù)權(quán)利要求48至78中任一項所述的方法，包括查明所述事件是否是在最近時間 段ΔΤ中已發(fā)生的閾值數(shù)目(threSh_#)的事件中的一個，并且如果所述事件是所述最近時 間段ΔΤ中已發(fā)生的閾值數(shù)目(threSh_#)的事件中的一個，則確定所述事件是石塊墜落積 累的一部分。
80.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳 感器信號確定與所述事件關(guān)聯(lián)的時長tto，并且即使事件時長tto小于時長閾值(threSh_ dur)，仍確定所述事件可能是石塊墜落事件；以及對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳感 器信號確定與所述事件關(guān)聯(lián)的譜功率分布，并且即使所述譜功率分布在頻率閾值(threSh_ freq)以上的頻率處包括小于特定百分比的其功率，仍確定所述事件可能是石塊墜落事件； 以及在確定所述事件時長tdur和所述譜功率分布指示所述事件可能是石塊墜落事件之后， 對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器及其相應的路基傳感器信號，確定與所述 事件關(guān)聯(lián)的PPV參數(shù)，所述PPV參數(shù)表示具有所述事件期間的最大絕對值的相應的路基傳 感器信號的樣本幅值，并且當PPV大于所述幅值閾值(threSh_PPV)時，確定所述事件是明 顯的石塊墜落事件，或者當PPV小于所述幅值閾值(threSh_PPV)時，確定所述事件是小石 塊墜落事件。
81.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，包括對于所述路基傳感器中的特定的一個路基傳感器，至少部分地基于其相應的路基傳 感器信號確定與所述事件關(guān)聯(lián)的時長tto，并且即使事件時長tto小于時長閾值(threSh_ dur)，仍確定所述事件可能是石塊墜落事件；以及在確定所述事件時長tdur指示所述事件可能是石塊墜落事件之后，對于所述路基傳感 器中的特定的一個路基傳感器及其相應的路基傳感器信號，確定與所述事件關(guān)聯(lián)的PPV參 數(shù)，所述PPV參數(shù)表示具有所述事件期間的最大絕對值的相應的路基傳感器信號的樣本幅 值，并且當PPV大于所述幅值閾值(threSh_PPV)時，確定所述事件是明顯的石塊墜落事件， 或者當PPV小于所述幅值閾值(threSh_PPV)時，確定所述事件是小石塊墜落事件。
82.根據(jù)權(quán)利要求80和81中任一項所述的方法，包括在確定所述事件是明顯的石塊 墜落事件之前，查明所述事件是否在隨后的列車事件的時間窗口 Atp^teain中發(fā)生，并且如 果所述事件在所述時間窗口 Atp^teain中發(fā)生，則確定所述事件是列車先兆事件而非明顯 的石塊墜落事件。
83.根據(jù)權(quán)利要求80至82中任一項所述的方法，如果確定所述事件是小石塊墜落事 件，則查明所述小石塊墜落事件是否是在最近時間段ΔΓ中已發(fā)生的閾值數(shù)目(threSh_#) 的小石塊墜落事件中的一個，并且如果所述事件是所述最近時間段ΔΤ中已發(fā)生的閾值數(shù) 目(threSh_#)的小石塊墜落事件中的一個，則確定所述事件是石塊墜落積累的一部分。
84.根據(jù)權(quán)利要求46至83中任一項所述的方法，包括檢測與相應的多個路基傳感器關(guān)聯(lián)的多個石塊墜落事件，所述檢測基于所述多個路基 傳感器的相應的多個路基傳感器信號；以及基于使用曲線擬合最優(yōu)化技術(shù)將根據(jù)所述相應的多個路基傳感器信號確定的一個或 多個參數(shù)擬合到表示與石塊墜落關(guān)聯(lián)的聲信號空間衰減的模型，來估計石塊墜落震源的位置。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，包括通過如下操作實現(xiàn)所述曲線擬合最優(yōu)化技術(shù) 循環(huán)遍歷多個潛在震源位置，并且對于所述多個潛在震源位置中的每一個使用根據(jù)所述相應的多個路基傳感器信號確定的一個或多個參數(shù)確定使與所述模型 關(guān)聯(lián)的成本函數(shù)最小的模型參數(shù)；以及確定由所述模型預測的一個或多個參數(shù)和根據(jù)所述相應的多個路基傳感器信號確定 的一個或多個參數(shù)之間的誤差度量；以及在完成所述循環(huán)之后，將具有最低誤差度量的潛在震源位置選擇為所述石塊墜落震源 的估計位置。
86.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其中所述成本函數(shù)包括最小二乘成本函數(shù)，所述最 小二乘成本函數(shù)包括項的和，每個項包括由所述模型關(guān)于特定路基傳感器預測的一個或多 個參數(shù)和根據(jù)對應于所述特定路基傳感器的路基傳感器信號確定的一個或多個參數(shù)之間 的取平方的差。
87.根據(jù)權(quán)利要求84至86中任一項所述的方法，其中對于每個路基傳感器信號，根據(jù) 所述相應的多個路基傳感器信號確定的一個或多個參數(shù)包括表示具有其關(guān)聯(lián)的石塊墜落 事件期間的最大絕對值的路基傳感器信號的樣本幅值的PPV參數(shù)。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其中所述模型包括以下至少一個 y(x) =Ae_Bx;和其中y (χ)表示距離所述石塊墜落震源為χ處的PPV參數(shù)的幅度，A是表示震源處的 PPV的模型參數(shù)并且B是吸收系數(shù)模型參數(shù)。
89.根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，包括至少部分地基于與所述最低誤差度量關(guān)聯(lián)并 且表示所述石塊墜落震源的估計位置處的PPV的模型參數(shù)A，確定是否觸發(fā)警報條件。
90.根據(jù)權(quán)利要求46至89中任一項所述的方法，包括檢測與特定的路基傳感器關(guān)聯(lián) 的多個事件，所述檢測基于所述特定的路基傳感器的相應的路基傳感器信號，并且確定所 述多個事件是否可能是所述軌道區(qū)間附近的人或其他動物，其中確定所述多個事件是否可 能是所述軌道區(qū)間附近的人或其他動物包括確定所述多個事件的時間相關(guān)性大于時間相 關(guān)性閾值(temp_COrr_thresh)，并且確定所述多個事件的空間相關(guān)性大于空間相關(guān)性閾值 (spat_corr_thresh)。
全文摘要
本發(fā)明的方面提供了用于使用路基傳感器檢測鐵路軌道或者相似的道路或軌道附近的石塊墜落事件的系統(tǒng)和方法。路基傳感器與軌道隔開。特定實施例允許使用來自路基傳感器的信號區(qū)別石塊墜落事件和其他類型的事件并且檢測石塊墜落事件的震源。
文檔編號B61L23/04GK102123899SQ200980132089
公開日2011年7月13日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者伊恩·韋爾-瓊斯, 博赫丹·內(nèi)迪爾科 申請人:韋爾-瓊斯工程顧問有限公司