鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)和鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于鐵路沿線危巖落石的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)和鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)，包括：鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)；與所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)相連接的信號處理系統(tǒng)；以及與所述信號處理系統(tǒng)相連接的報警系統(tǒng)，在所述信號處理系統(tǒng)確定防護網(wǎng)發(fā)生和/或達到危險程度及振動量發(fā)生和/或達到危險程度的情況下，以一種或多種方式發(fā)出報警信號和/或情報信息。
【專利說明】鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)和鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及光纖傳感、信號處理、工業(yè)信息化、危巖落石防護及監(jiān)測等【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，通過融合防護網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)及崩塌落石監(jiān)測技術(shù)，對危巖落石進行立體監(jiān)測報警，適用于鐵路沿線危巖落石的安全監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002]崩塌落石是我國山區(qū)三大自然災(zāi)害(滑坡，泥石流，崩塌)之一，在巖體裸露、褶曲斷裂和風化較嚴重的陡坡地區(qū)經(jīng)常發(fā)生崩塌落石災(zāi)害。在山區(qū)，崩塌落石現(xiàn)象時有發(fā)生，輕則使鐵路和車輛遭到輕微毀壞，重則使道路中斷，給鐵路運輸帶來重大損失。崩塌落石災(zāi)害已嚴重威脅著鐵路運輸安全和旅客生命安全，對鐵路運輸生產(chǎn)、安全管理、運營效率，以及經(jīng)濟效益、社會效益產(chǎn)生巨大影響，已成為我國西部開發(fā)和交通建設(shè)大發(fā)展的重要制約因素。為此，積極采取措施對崩塌災(zāi)害盡可能進行有效防護及監(jiān)測預警，對于鐵路運營以及乘客的生命財產(chǎn)安全有著重大深遠的意義和影響。由于形成崩塌落石災(zāi)害的危巖體多分布于高陡邊坡上，從源頭完全治理將耗費巨大的人力物力，目前更多的是采取災(zāi)前的落石防護措施。在災(zāi)前邊坡防護措施中，柔性被動防護網(wǎng)以其固有的施工簡單、維修方便、技術(shù)先進、安全可靠、環(huán)保經(jīng)濟、設(shè)計選型標準化等優(yōu)點，得到了迅速的發(fā)展與普及，應(yīng)用在許多邊坡防護工程中。隨著柔性被動防護網(wǎng)的發(fā)展，避免防護網(wǎng)單一被動的防護模式，對防護網(wǎng)的工作情況實施全方位智能監(jiān)測也勢在必行。
[0003]山區(qū)鐵路主要在多霧多雨少人地區(qū)，設(shè)備維護困難，一般外置設(shè)備存在損壞和盜竊的隱患，鐵路沿線的高壓線路會形成一個強高壓的電磁場，同時鋼軌上弱電信號易產(chǎn)生電磁干擾，因此鐵路防災(zāi)監(jiān)測報警面臨很多困難。光纖傳感技術(shù)采用光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測量信號。光纖容易接受被測量的荷載，是一種優(yōu)良的敏感元件，同時光纖具備安全(光纖本身不導電)、耐溫(高溫、低溫)、抗電磁干擾、抗福射、不產(chǎn)生電磁干擾和輻射等特點，可實現(xiàn)對物體的高精度、無干擾的實時監(jiān)測，適合在鐵路無人區(qū)、無電區(qū)以及惡劣的環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。
[0004]在鐵路沿線崩塌落石監(jiān)測技術(shù)方面，國內(nèi)外已開展了部分的研究與應(yīng)用，普遍存在以下問題:
[0005](I)被動防治技術(shù)可以全面有效保護落石災(zāi)害威脅對象，但限于被動防護系統(tǒng)的攔截能力，通常用來攔截小型落石。被動防護系統(tǒng)的有效設(shè)置依賴于落石運動行為預測的可靠程度，如運動路徑、彈跳高度、運動速度、動能等參數(shù)的獲取。目前，主動和被動防治技術(shù)都存在不足，一旦落石跳過或沖破被動防護網(wǎng)進入鐵路界限內(nèi)將對線路正常運營產(chǎn)生重大的危害；
[0006](2)監(jiān)測位置不全面、監(jiān)測方案手段存在缺陷等，造成系統(tǒng)漏報和誤報現(xiàn)象嚴重；
[0007](3)預報模型與報警觸發(fā)條件的確定比較困難；
[0008](4)單獨的對防護網(wǎng)進行監(jiān)測報警或單獨對崩塌落石進行報警監(jiān)測，部分監(jiān)測設(shè)
備費用昂貴，無法大量應(yīng)用。[0009]針對上述問題，本實用新型提出了一種克服現(xiàn)有技術(shù)的不足并且符合經(jīng)濟高效需求的用于崩塌落石的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)(又稱“虛擬棚洞”)。
實用新型內(nèi)容
[0010]根據(jù)本實用新型的實施例，提供了一種用于監(jiān)測鐵路沿線危巖落石的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，包括:光纖光柵傳感器個體或者由其構(gòu)成的分布式陣列，以及光纖光柵解調(diào)儀；其中，所述光纖光柵解調(diào)儀與所述光纖光柵傳感器或由其構(gòu)成的陣列通過信號傳輸光纖相連接；所述光纖光柵傳感器包括光纖光柵拉力傳感器和光纖光柵振動傳感器，所述光纖光柵拉力傳感器預先安裝在柔性被動防護網(wǎng)的設(shè)定位置，所述光纖光柵振動傳感器設(shè)置在鐵軌的預定位置。
[0011]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，所述光纖光柵拉力傳感器通過監(jiān)測防護網(wǎng)下支撐繩的拉力，實時地監(jiān)測防護網(wǎng)落石以及破網(wǎng)等相關(guān)聯(lián)的信號；所述光纖光柵振動傳感器用于實時地監(jiān)測與鐵軌上落石相關(guān)聯(lián)的信號；以及，通過信號傳輸光纖將所有信號返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。其中，所述光纖光柵傳感器中的光纖光柵可以是反射型的，也可以是透射型的。
[0012]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)中的光纖光柵拉力傳感器，用于監(jiān)測:當柔性被動防護網(wǎng)落有落石時光纖光柵的波長相對于光纖光柵的特征波長的力值變化量，并將光纖光柵的波長變化量返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0013]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)中的光纖光柵振動傳感器，用于監(jiān)測:當鐵路界限內(nèi)落有落石時光纖光柵的波長相對于光纖光柵的特征波長的振動量信號，并將光纖光柵的波長變化量返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0014]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器的波長信號實時傳遞給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0015]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，所述光纖光柵解調(diào)儀包括:激光發(fā)射裝置，用于生成激光；以及輸入輸出端口，用于將激光輸出到信號傳輸光纖中并從所述信號傳輸光纖接收返回的激光，其中，所述信號傳輸光纖與光纖光柵傳感器相連接，激光經(jīng)光纖光柵傳感器反射后返回到所述光纖光柵解調(diào)儀，并且其中，激光在光纖光柵傳感器內(nèi)反射時，在受到外部作用的情況下，反射激光的波長發(fā)生變化，且所述變化與外部作用之間具有預定的相關(guān)性。
[0016]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，所述光纖光柵傳感器可以設(shè)置在防護網(wǎng)下支撐繩上。
[0017]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，所述光纖光柵傳感器可以設(shè)置在鐵軌的下側(cè)。
[0018]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，所述光纖光柵解調(diào)儀可以對從所述光纖光柵傳感器返回的信號進行解調(diào)處理，并得出相應(yīng)的波長信號。
[0019]根據(jù)本實用新型的另一實施例，提供了一種信號處理系統(tǒng)，所述信號處理系統(tǒng)包括:信號接收裝置和與所述信號接收裝置相連接的處理器單元，所述信號接收裝置用于接收來自所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)的信號。
[0020]優(yōu)選地，所述處理器單元，設(shè)置成通過分析來確定:[0021 ] I)每個激光波長信號涉及哪個光纖光柵傳感器；
[0022]2)所涉波長的變化以及對應(yīng)的所代表的防護網(wǎng)的受沖擊能量或鐵軌上的振動量;
[0023]3)所述防護網(wǎng)是否受到落石沖擊以及是否發(fā)生落石破網(wǎng)；
[0024]4)落石的大小以及是否侵入鐵路限界內(nèi)。
[0025]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的信號處理系統(tǒng)，所述信號處理系統(tǒng)還包括存儲裝置，其中預先存儲:光纖光柵傳感器與特征波長之間的對應(yīng)關(guān)系；波長變化和光纖光柵振動傳感器所測的沖擊能量及振動量之間的關(guān)系；沖擊能量或振動量和發(fā)生危巖落石的危險之間的對應(yīng)關(guān)系；波長變化和光纖光柵拉力傳感器所測的支撐繩拉力之間的對應(yīng)關(guān)系；支撐繩拉力和發(fā)生危巖落石以及破網(wǎng)的對應(yīng)關(guān)系。
[0026]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的信號處理系統(tǒng)，所述處理器單元可以還設(shè)置成用于:確定是否對應(yīng)于一個或者幾個光柵光纖傳感器的波長信號消失；以及根據(jù)預定的邏輯規(guī)則，由此判斷防護網(wǎng)受落石沖擊能量的大小、防護網(wǎng)是否失效、落石是否進入鐵路界限內(nèi)、及落石砸在鐵軌上的位置和/或哪條光纖光纜損毀。
[0027]根據(jù)本實用新型的又一個實施例，提供了一種用于鐵路沿線危巖落石的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)，包括:上述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)；與所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)相連接的上述信號處理系統(tǒng)；與所述信號處理系統(tǒng)相連接的報警系統(tǒng)，在所述信號處理系統(tǒng)確定防護網(wǎng)發(fā)生和/或達到危險程度及振動量發(fā)生和/或達到危險程度的情況下，以一種或多種方式發(fā)出報警信號和/或情報信息。
[0028]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)，所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)與所述信號處理系統(tǒng)通過有線或者無線方式遠距離連接。
[0029]優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)，所述監(jiān)測報警系統(tǒng)包括一個或多個所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，并且所述一個或多個鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)向一個或多個所述信號處理系統(tǒng)提供收集到的信息。
[0030]根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和監(jiān)測報警系統(tǒng)能夠接入其它路內(nèi)系統(tǒng)和路外信息系統(tǒng)，來完善此系統(tǒng)的外部互通功能，也給準確、有效的報警帶來保障，更為鐵路安全運營保駕護航。
[0031]應(yīng)注意的是，任何適當?shù)奶幚砥骶捎糜诒緦嵱眯滦偷男盘柼幚硐到y(tǒng)中，而無需對處理器本身進行改進。因此，本實用新型并不旨在對于信號處理系統(tǒng)的處理器單元本身及其處理方式的改進，而是旨在對于所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)的各個組成部分的安排、組織和相互關(guān)系的改進。
[0032]本實用新型的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)，能有效的判斷防護網(wǎng)攔截落石情況(落石能量級)、落石破網(wǎng)情況，經(jīng)所述監(jiān)測報警反饋后判斷出防護網(wǎng)當前落石是否需要清理以及達到何種程度時需要清理。同時配合對鐵軌上振動信號的監(jiān)測，可得出落石是否侵入鐵路界限，進一步確定落石的情況，從而形成對崩塌落石的立體監(jiān)測。而且由于光纖的傳輸延時幾乎能夠被忽略，如果(一組)落石穿透了防護網(wǎng)，那么該(組)落石碰撞在防護網(wǎng)和鐵軌上而產(chǎn)生的信號將在時間上具有一定間隔，并且信號的波形將會有明顯的相似性，因此通過例如實時地比對同一位置處防護網(wǎng)和鐵軌上的信號，能夠準確地判斷落石的發(fā)生及其規(guī)模，高效地避免漏報和誤報。且采用當前先進的光纖光柵傳感器以及與之相配合的傳輸光纖，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、穩(wěn)定性好的監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是在鐵路無人區(qū)、無電區(qū)以及惡劣的環(huán)境下均可長期穩(wěn)定工作，從而能夠為路線維護工作以及及時發(fā)現(xiàn)可能的險情提供準確和詳實的數(shù)據(jù)，提供了一套完善可行的崩塌落石立體監(jiān)測報警系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖；
[0034]圖2A和2B是根據(jù)本實用新型實施例的光纖光柵傳感器的安裝圖；
[0035]圖3是根據(jù)本實用新型實施例的信號處理系統(tǒng)中的處理器單元執(zhí)行的處理的流程圖。
【具體實施方式】
[0036]為使本實用新型的目的、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進一步地進行詳細描述。
[0037]圖1是根據(jù)本實用新型實施例的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖。圖1所示的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)分別由防護網(wǎng)的“空”中監(jiān)測及鐵軌“陸”地監(jiān)測相結(jié)合，形成對崩塌落石的立體監(jiān)測報警。
[0038]為達到上述目的，根據(jù)本實用新型的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)至少應(yīng)由三部分構(gòu)成:鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)(如圖1所示)、信號處理系統(tǒng)、以及報警系統(tǒng)。另外，由于設(shè)施對于設(shè)備可靠性要求較高，系統(tǒng)須具備自我診斷功能，當設(shè)備信號采集通路受損的時候，設(shè)備能給出相應(yīng)的報警信號通知工作人員維護。
[0039]其中，所示鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)的主要工作是采集現(xiàn)場危險源信息并且轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，以及通過信號傳輸網(wǎng)絡(luò)等傳輸手段發(fā)送給信號處理系統(tǒng)；信號處理系統(tǒng)的主要工作是按照相應(yīng)算法分析從鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)傳送來的數(shù)據(jù)，以及結(jié)合防護網(wǎng)監(jiān)測及鐵軌監(jiān)測進行綜合判斷落石的情況，并發(fā)出相應(yīng)等級的報警信號到報警系統(tǒng)；報警系統(tǒng)主要任務(wù)是接收信號處理系統(tǒng)發(fā)送的報警信號后能夠發(fā)出光、聲、電等報警手段來告知各級工作人員相應(yīng)的報警信息。下面分別描述各個系統(tǒng)。
[0040]鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)
[0041]根據(jù)本實用新型的一實施例，鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)包括:光纖光柵傳感器個體或者由其構(gòu)成的分布式陣列；和光纖光柵解調(diào)儀。其中，所述光纖光柵解調(diào)儀與所述光纖光柵傳感器或由其構(gòu)成的陣列通過信號傳輸光纖相連接。所述的光纖光柵傳感器分為兩種，一種是設(shè)置在柔性被動防護網(wǎng)的下支撐繩上的光纖光柵拉力傳感器，一種是設(shè)置在預定的鐵軌下方的光纖光柵振動傳感器，用于實時地監(jiān)測與鐵路界限內(nèi)落有落石時相關(guān)聯(lián)的信號，并將該信號返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0042]光纖光柵拉力傳感器安裝于防護網(wǎng)上，防護網(wǎng)系統(tǒng)是將以菱形鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)為主的柔性柵欄設(shè)置于斜坡上一定位置，用于攔截斜坡上的滾落石(或落物)以避免其破壞擬保護的對象，一般由菱形鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)行網(wǎng)(需攔截小塊落石時附加一層鋼絲格柵)、固定系統(tǒng)(錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩)、減壓環(huán)和鋼柱四個主要部分構(gòu)成。支撐繩是用以實現(xiàn)金屬柔性網(wǎng)按設(shè)計形式鋪掛、對金屬柔性網(wǎng)起支撐加固作用的鋼絲繩。沖擊荷載必然要從柔性網(wǎng)傳遞給支撐繩，因此支撐繩在設(shè)計上必須確保其具有與網(wǎng)內(nèi)沖擊點位置無關(guān)的恒定響應(yīng)特征，在特定位置設(shè)置減壓環(huán)和/或緩沖繩的支撐繩設(shè)計形式，除能實現(xiàn)這一功能外，還實現(xiàn)了能量消散、繩網(wǎng)下垂和維護需求間的最佳平衡。根據(jù)本實用新型，通過監(jiān)測柔性防護網(wǎng)下支撐繩拉力的變化，能夠達到監(jiān)測有無落石沖擊防護網(wǎng)的目的。如圖2A所示，其中2-1為下支撐繩，2-2為光纖光柵位移傳感器，2-3為防護網(wǎng)，柔性被動防護網(wǎng)系統(tǒng)在受到落石沖擊時，整個系統(tǒng)受力情況發(fā)生變化，下支撐繩除了安裝時的預拉力外，還受到落石沖擊分散到支撐繩上的拉力，因此可以將光纖光柵拉力傳感器安裝在所述柔性被動防護網(wǎng)的下支撐繩上，如圖2A所示，用于監(jiān)測下支撐繩的拉力變化，進而達到監(jiān)測防護網(wǎng)系統(tǒng)的變形的趨勢以及是否達到危險程度。由此，構(gòu)建防護網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠程實時地監(jiān)測防護網(wǎng)的受力狀態(tài)進而提供預警以及報警服務(wù)。 [0043]光纖光柵振動傳感器以抱裝形式安裝于鐵軌下側(cè)，用不銹鋼螺釘加以固定。光纖光柵振動傳感器可以通過傳感器單軌間距25米布設(shè)方式，采用雙傳感器同時報警策略來實現(xiàn)監(jiān)測功能。具體地，如圖2B中所示，光纖光柵振動傳感器可以與軌道平行或垂直的方式安裝在軌道的下側(cè)。然而，光纖光柵振動傳感器也可以根據(jù)需要以其他方式安裝在軌道的預定位置。作為一個示例，光纖光柵振動傳感器用于監(jiān)測當鐵路界限內(nèi)落有落石時，光纖光柵的波長相對于光纖光柵的特征波長的振動量信號，并將其返回給所述光纖光柵解調(diào)儀。
[0044]光纖光柵傳感器是目前應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感器之一，可測量應(yīng)變、溫度、壓力、位移、流量、液位等參數(shù)。其傳感原理一般基于被測參數(shù)變化引起光柵周期和有效折射率的變化，從而導致光柵特征波長(反射波長)的變化，通過測量特征波長的移動量來測量上述參數(shù)。根據(jù)本實用新型，所述光纖光柵傳感器的工作原理是:
[0045]每個光纖光柵傳感器從激光源(比如光纖光柵解調(diào)儀)接收激光，并反射回特定波長的激光。對于光纖光柵拉力或振動傳感器，在拉力和振動的影響下，由其反射回的激光波長會發(fā)生偏移。對于每個光纖光柵傳感器，其反射的特征波長λ在1510-1590nm之間。波長偏移的量Λ λ與拉力(或振動量)F之間存在既定的關(guān)系，該關(guān)系式可以表示為:
[0046]Δ λ J=^Fi(I)
[0047]其中k為預定的系數(shù)，為一個經(jīng)驗值或試驗測定值。
[0048]這樣，通過光纖光柵反射光的中心波長相對變化量來檢測拉力或振動的相對變量。光纖光柵傳感器具有準分布式組網(wǎng)(幾十到幾百點)、測量分辨率高(0.01%FS)、測量范圍(0ΚΝ~300KN)、工作溫度范圍寬、不受電磁干擾、耐腐蝕、抗沖擊振動、抗疲勞、使用壽命長等優(yōu)點。
[0049]其中，所述傳感器分布式陣列可以包括多個光纖光柵傳感器，然而，所述傳感器分布式陣列也可以僅僅包括一個光纖光柵傳感器。所述的傳感器分布式陣列可以是串聯(lián)連接，或者并聯(lián)連接，也可以是并聯(lián)和串聯(lián)相結(jié)合的方式，從而構(gòu)成一定的拓撲網(wǎng)絡(luò)。例如，每個被檢測對象上可以設(shè)置一個傳感器，多個被測對象上的傳感器經(jīng)過一定的方式連接。具體地，所述光纖光柵傳感器陣列可以連接在多個分支光路中，每個分支光路通過光纜接續(xù)盒與主光纜連接，由主光纜將各個分路光纜連接到光纖光柵解調(diào)儀器上。其中，由所述光纖光柵解調(diào)儀向光纖光柵傳感器通過光纖光纜發(fā)送激光信號。一般地，光纖光柵解調(diào)儀發(fā)送預定的一束激光，該束激光可以包括多個預定波長的激光，也可以是具有一定光譜寬度的激光。按照預定設(shè)置，正常狀態(tài)下每個的光纖光柵傳感器反射特定波長的激光；[0050]而在防護網(wǎng)或鐵軌受到落石沖擊的情況下，光纖光柵傳感器的反射波長產(chǎn)生變化(在極端情況下也可能導致光纖光柵傳感器失效)，因此將導致被反射的激光波長發(fā)生偏移或者消失。所述光纖光柵解調(diào)儀通過比較反射回到該光纖光柵解調(diào)儀的激光的波長變化來監(jiān)測各個光纖光柵傳感器的外部環(huán)境對其所產(chǎn)生的影響。
[0051]通過本實用新型的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，可以收集得到關(guān)于某位置或者某局部區(qū)域例如某乘務(wù)段發(fā)生的信息。其中，如果光纖光柵拉力傳感器波長瞬間增大后又在某一時間段內(nèi)變?yōu)樨撝?，說明該片防護網(wǎng)受到落石沖擊后，防護網(wǎng)破網(wǎng)；如果反射激光的波長達到某個預定值，說明該片防護網(wǎng)下支撐繩所受拉力已經(jīng)達到或者超過了預先設(shè)定值，該片防護網(wǎng)有大量堆積的落石，需要清理；如果得到某光纖光柵振動傳感器反射的激光的波長發(fā)生偏移且在某一瞬間迅速變大，這意味著該傳感器所在地方受到了落石沖擊；如果波長偏移速度較快，說明危險異物(例如落石)沖擊能量較大；而如果應(yīng)該由該傳感器反射的激光消失，則說明很可能是損毀了該位置的傳感器。此時可以利用信號處理系統(tǒng)來分析上述危險源信號捕捉系統(tǒng)所收集的信號，從而得出一定的結(jié)論。
[0052]而且由于光纖的傳輸延時幾乎能夠被忽略，如果(一組)落石穿透了防護網(wǎng)，那么該(組)落石碰撞在防護網(wǎng)和鐵軌上而產(chǎn)生的信號將在時間上具有一定間隔，并且信號的波形將會有明顯的相似性，因此通過例如實時地比對同一位置處防護網(wǎng)和鐵軌上的信號，能夠準確地判斷落石的發(fā)生及其規(guī)模，高效地避免漏報和誤報。
[0053]信號處理系統(tǒng)
[0054]根據(jù)本實用新型的原理，需要設(shè)置信號處理系統(tǒng)來分析從上述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)收集得到的信號。優(yōu)選地是，一個信號處理系統(tǒng)可以分析來自眾多個鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)的信號。其中，信號處理系統(tǒng)可以通過有線方式比如光纜與鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)連接。可替換地，也可以通過無線方式與鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)連接，以發(fā)送和傳遞信息，例如借助于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)信息的傳遞。
[0055]其中，所述信號處理系統(tǒng)可以具體地實現(xiàn)為計算機服務(wù)器，其包括或者連接相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。根據(jù)本實用新型，所述信號處理系統(tǒng)，包括處理器，作為數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷單元，用于對光纖光柵解調(diào)儀發(fā)送的與傳感器波長變化有關(guān)的信號進行分析和判斷。服務(wù)器中預先存儲傳感器或傳感器陣列中心波長數(shù)據(jù)，中心波長變化量與拉力之間的對應(yīng)關(guān)系、中心波長變化量與振動量的對應(yīng)關(guān)系等。
[0056]當柔性被動防護網(wǎng)受到?jīng)_擊載荷，支撐繩受拉力增大，信號處理系統(tǒng)接受到中心波長變化值。首先，判斷所述波長是屬于哪個光纖光柵拉力傳感器的信號，鑒于光纖光柵拉力傳感器波長偏移的量與每個所述傳感器的特征波長相比較而言為很小的值，一般僅為一個或少數(shù)幾個納米的量，且變化后的波長一般與相鄰波段的傳感器特征波長也能夠很好的區(qū)分。這樣，確定了特征波長信號后就可以確定是對應(yīng)哪個光纖光柵傳感器的信號。并且，在確定傳感器后就又可以確定對應(yīng)于防護網(wǎng)下支撐繩的安裝位置。其次，確定傳感器的波長偏移所對應(yīng)的下支撐繩受到的拉力值。根據(jù)前文所述，傳感器所感測到的拉力與傳感器的波長偏移相對應(yīng)，反過來也就可以通過監(jiān)測波長偏移的量來確定傳感器安裝位置處是否發(fā)生相當?shù)拇郎y受力。再次，判斷下支撐繩受拉力值對應(yīng)該片防護網(wǎng)發(fā)生的落石情況以及嚴重程度。如傳感器的波長偏移迅速增大到傳感器滿量程后又減小，并且減小到比發(fā)生偏移前的數(shù)值還小的情況，那么表明柔性被動防護網(wǎng)已經(jīng)破網(wǎng)。同時，信號處理系統(tǒng)亦接受安裝在鐵軌上光纖光柵振動傳感器的波長信號，通過分析來確定每個波長信號涉及哪個光纖光柵振動傳感器、所涉的波長的變化以及對應(yīng)的所代表的振動量、所述振動量是否達到危險程度(如圖3所示)。另外，處理器單元可以還設(shè)置成用于確定:相對于時間，所述振動量增加的速度是否大于預定的閾值。
[0057]其中，還需要判斷應(yīng)該出現(xiàn)的波長信號卻消失的情況:如果傳輸給服務(wù)器的傳感器信號中不包括或者中斷對應(yīng)某個光纖光柵傳感器的信號，則意味著發(fā)生了某種嚴重情況，比如該傳感器被毀。這需要馬上進行安全處理。如果是由一條分光纜連接的所有傳感器的信號消失，則很可能是該條光纜被損毀。根據(jù)危險度級別的判斷標準，服務(wù)器可將其歸納為“突發(fā)嚴重災(zāi)害情形”或“光纜損毀”等。判斷的邏輯規(guī)則，可以由操作人員來具體設(shè)定，或進行修改。
[0058]報警系統(tǒng)
[0059]報警系統(tǒng)，在經(jīng)過分析得到災(zāi)害發(fā)生或者危害程度的信息后，將此信息以某種媒介的形式發(fā)送給有關(guān)的人員，比如區(qū)域負責鐵路安全的人員、維修人員，和上級決策者。
[0060]其中，報警分為三個級別，分別為:
[0061]一級:防護網(wǎng)監(jiān)測報警，防護網(wǎng)受到?jīng)_擊；
[0062]二級:防護網(wǎng)無報警，但落石砸到鐵軌上進入鐵道限界內(nèi)；
[0063]三級:防護網(wǎng)報警，同時落石砸到鐵軌上進入鐵道限界內(nèi)。
[0064]其中，防護網(wǎng)監(jiān)測報警又分為預警和報警兩種方式。其中，A級(受到?jīng)_擊)和B級(嚴重沖擊)屬于預警模式，C級(破壞)屬于報警模式?？梢愿鶕?jù)各種傳感器的峰值信號的特征，沖擊持續(xù)時間及多點受沖擊情況進行綜合分析，確定不同能級的閾值。
[0065]其中，由負責安全監(jiān)控的人員，根據(jù)報警系統(tǒng)反饋的情況，可以通過有線或者無線的方式，比如短信報警、聲光報警、軟件界面報警等，向有關(guān)人員進行示警或通告。
[0066]其中，在本實用新型中，使用了開放性好、可以擴展的通訊協(xié)議，便于三個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，并且有利于建立統(tǒng)一的防災(zāi)體系。
[0067]這樣，包括上述各個組成部分的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)相對于現(xiàn)有的方式具有準確、安全、即時和低成本等突出的優(yōu)點。該系統(tǒng)也可以與其他和鐵路軌道有關(guān)的監(jiān)測系統(tǒng)相兼容或并行，以實現(xiàn)綜合性的功能。本實用新型普遍適用于崩塌落石的監(jiān)測情況。
[0068]本實用新型的功能特征不限于前面給出的那些例子，這樣可以設(shè)想本實用新型精神內(nèi)的任意種類的功能。盡管已經(jīng)結(jié)合本實用新型的優(yōu)選實施例對本實用新型進行了說明，但并非為了將本實用新型限制為這里所闡述的具體例子。相反，本實用新型的范圍僅受限于所述權(quán)利要求。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，包括: 光纖光柵傳感器個體或者由其構(gòu)成的分布式陣列，以及光纖光柵解調(diào)儀； 其中，所述光纖光柵解調(diào)儀與所述光纖光柵傳感器或由其構(gòu)成的陣列通過信號傳輸光纖相連接；所述光纖光柵傳感器包括光纖光柵拉力傳感器和光纖光柵振動傳感器，所述光纖光柵拉力傳感器預先安裝在柔性被動防護網(wǎng)的設(shè)定位置，所述光纖光柵振動傳感器設(shè)置在鐵軌的預定位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器中的光纖光柵為反射型或透射型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵解調(diào)儀包括:激光發(fā)射裝置，用于生成激光；以及輸入輸出端口，用于將激光輸出到信號傳輸光纖中并從所述信號傳輸光纖接收返回的激光；所述信號傳輸光纖與光纖光柵傳感器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器設(shè)置在防護網(wǎng)下支撐繩上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵傳感器設(shè)置在鐵軌的下側(cè)。
6.一種鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)； 與所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)相連接的信號處理系統(tǒng)，所述信號處理系統(tǒng)包括信號接收裝置和與所述信號接收裝置相連接的處理器單元；以及 與所述信號處理系統(tǒng)相連接的報警系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)，其中，所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)與所述信號處理系統(tǒng)通過有線或者無線方式遠距離連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的立體監(jiān)測報警系統(tǒng)，其中，所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測報警系統(tǒng)包括一個或多個所述鐵路防災(zāi)立體監(jiān)測系統(tǒng)。
【文檔編號】B61L23/00GK203558089SQ201320457891
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】楊小軍, 張植俊, 溫海寧, 曹學光, 翟江蘭, 姜婷, 于國瑞, 趙志旺, 耿振, 安恩楊 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司